JP2013196948A - Cathode separator integrated electrode and photoelectric conversion element - Google Patents

Cathode separator integrated electrode and photoelectric conversion element Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an integrated electrode allowing the manufacture of a photoelectric conversion element whose photoelectric conversion efficiency and maintenance rate are not reduced when a spacer is used in order to easily manufacture the photoelectric conversion element.SOLUTION: In the integrated electrode in which a cathode and a separator are integrated together, the separator is made of a porous material containing titanium oxide. It is preferable that the integrated electrode contains an electrolyte particularly in a porous structure of the separator.

Description

本発明は、正極セパレータ一体型電極及び光電変換素子に関する。   The present invention relates to a positive electrode separator integrated electrode and a photoelectric conversion element.

色素増感太陽電池は、真空設備を必要としない低コストなプロセスで製造でき、構成原料も低コストなため、シリコン系太陽電池に続く太陽電池として注目されている。その構成は、シリコン系太陽電池とは異なり、通常対向する負極と正極の間に電解液を介した構造となっている。電解液は、正極と負極間の電荷を輸送する役目を担っており、高いイオン移動度が要求されている。それと同時に、正極と負極の間の短絡を防止する必要もある。このことから、電解液中イオンが移動しやすい構造になるようなスペーサー構造のセルが必要である。   Dye-sensitized solar cells are attracting attention as solar cells following silicon-based solar cells because they can be manufactured by a low-cost process that does not require vacuum equipment, and the constituent materials are also low-cost. Unlike the silicon-based solar cell, the structure is usually a structure in which an electrolytic solution is interposed between the opposing negative electrode and positive electrode. The electrolytic solution plays a role of transporting charges between the positive electrode and the negative electrode, and high ion mobility is required. At the same time, it is necessary to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. For this reason, a cell having a spacer structure is required so that ions in the electrolytic solution easily move.

スペーサーには、空間を確保できる形状とした中抜き型のフィルムが一般に用いられている(非特許文献1)。不織布等の多孔質体もスペーサーとして用いることが提案されている(特許文献1)。   As the spacer, a hollow film having a shape that can secure a space is generally used (Non-Patent Document 1). It has been proposed to use a porous material such as a nonwoven fabric as a spacer (Patent Document 1).

また、上記スペーサーを用いることなく、電解液ではなく擬固体のゲル状電解質を用いられることもある(非特許文献2)。   Further, a quasi-solid gel electrolyte may be used instead of the electrolytic solution without using the spacer (Non-patent Document 2).

特開2006−040827号公報JP 2006-040828 A 特許第3513738号Japanese Patent No. 3513738 特許第3983533号Japanese Patent No. 3983533 特許第4633179号Japanese Patent No. 4633179 国際公開第00/40509号パンフレットInternational Publication No. 00/40509 Pamphlet 特許第3355442号Japanese Patent No. 3355442 特開2002−338220号公報JP 2002-338220 A 特許第3569806号Japanese Patent No. 3569806 特許第2546114号Patent No. 2546114

Thin Solid Films 516, 4613-4619 (2008)Thin Solid Films 516, 4613-4619 (2008) フジクラ技報, 107, 73-78 (2004)Fujikura Technical Review, 107, 73-78 (2004)

特許文献1のように、スペーサーとして、従来の多孔質層を正極上に形成すると、均質な電極距離を確保できる。また、デバイス作製工程を簡略化することができるが、ポアサイズが制限され、電流密度が低下する。そのため、色素増感太陽電池のように高電流密度を要するセルに適用すると、充分な電流が得られず、変換効率が低下した。また、非特許文献2のように、電解液をゲル状電解質としても、ゲル状電解質は不定形で柔らかな形状のため、特に折り曲げ可能な電池を作製する場合等には、ゲル状電解質だけでは一定の電極間距離を保持することが困難であるため、結局はスペーサーが必要となり、抜本的な解決にはならなかった。本発明は、このようなトレードオフを解決できる一体電極を提供することを目的とする。つまり、光電変換素子を簡便に製造するためにスペーサーを用いた場合において、光電変換効率及び維持率を低下させない光電変換素子を製造可能な一体電極を提供することを目的とする。   As in Patent Document 1, when a conventional porous layer is formed on the positive electrode as a spacer, a uniform electrode distance can be secured. In addition, although the device manufacturing process can be simplified, the pore size is limited and the current density is reduced. Therefore, when applied to a cell that requires a high current density such as a dye-sensitized solar cell, a sufficient current cannot be obtained and the conversion efficiency is lowered. Also, as in Non-Patent Document 2, even if the electrolyte is a gel electrolyte, the gel electrolyte is indefinite and soft, so when producing a foldable battery, the gel electrolyte alone is not suitable. Since it is difficult to maintain a certain distance between the electrodes, a spacer was eventually required, and this was not a radical solution. An object of this invention is to provide the integrated electrode which can solve such a trade-off. That is, an object is to provide an integrated electrode capable of manufacturing a photoelectric conversion element that does not decrease the photoelectric conversion efficiency and the maintenance rate when a spacer is used to easily manufacture the photoelectric conversion element.

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、チタニアナノ粒子の多孔質体層(特に焼結体からなる多孔質層)を色素増感太陽電池の正極上に一体形成することで、前記課題を解決できることを見出した。本発明は、このような知見に基づき、さらに研究を重ね、完成したものである。すなわち、本発明は、以下の構成を包含する。
項1.正極とセパレータとが一体化した一体電極であって、
前記セパレータが、酸化チタンを含む多孔質体からなる、
一体電極。
項2.前記セパレータが、酸化チタンを含む多孔質焼結体からなる、項1に記載の一体電極。
項3.前記セパレータの膜厚が0.1〜5μmである、項2に記載の一体電極。
項4.前記多孔質体の比表面積が3〜150m/gである、項1〜3のいずれかに記載の一体電極。
項5.前記酸化チタンが、チタニアナノチューブを含む、項1〜4のいずれかに記載の一体電極。
項6.前記正極が、導電性基板を含む、項1〜5のいずれかに記載の一体電極。
項7.前記正極が、基板上に、導電性材料を含む導電層が形成されている、項1〜5のいずれかに記載の一体電極。
項8.前記正極が、導電性基板上に、導電性材料を含む導電層が形成されている、項1〜7のいずれかに記載の一体電極。
項9.前記導電層は、さらに結着剤を含有する、項7又は8に記載の一体電極。
項10.前記結着剤は、無機酸化物である、項9に記載の一体電極。
項11.前記無機酸化物は、酸化スズ、酸化チタン及び酸化亜鉛よりなる群から選ばれる少なくとも1種の酸化物である、項10に記載の一体電極。
項12.前記一体電極は、電解液を含有する、項1〜11のいずれかに記載の一体電極。
項13.前記電解液は、前記多孔質体の孔中に存在する、項12に記載の一体電極。
項14.前記電解液は、イオン液体を含む、項12又は13に記載の一体電極。
項15.前記イオン液体は、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビスフルオロスルホニルイミドである、項14に記載の一体電極。
項16.前記電解液は、ヨウ素及びヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムを含むヨウ化物を含む電解質を含有し、且つ、
(1)前記ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムは、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムを含む、
(2)前記電解液は、前記ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムを3.0モル/リットル以上含む、
(3)前記ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムは、ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムを含む
の少なくとも1つを満たす、項12〜15のいずれかに記載の一体電極。
項17.前記電解液は、
(1)前記ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムは、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムを含む
を満たす、項16に記載の一体電極。
項18.前記電解液は、前記ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムを、溶媒1リットルに対して3.0モル以上含有する、項17に記載の一体電極。
項19.前記ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムは、さらに、ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム及び/又はヨウ化1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムを含む、
項17又は18に記載の一体電極。
項20.項1〜19のいずれかに記載の一体電極の製造方法であって、
正極上に、酸化チタン又は酸化チタン前駆体を含むセパレータ形成用組成物を塗布及び焼結する工程
を備える、製造方法。
項21.項1〜19のいずれかに記載の一体電極を備える、光電変換素子。
項22.さらに、負極を備える、項21に記載の光電変換素子。
項23.負極及び項1〜19のいずれかに記載の一体電極を備える光電変換素子の製造方法であって、
前記負極に前記一体電極を直接張り合わせた後に封止する工程
を備える、製造方法。
項24.項21又は22に記載の光電変換素子を備える、色素増感太陽電池。
As a result of intensive studies, the present inventors have integrally formed a porous layer of titania nanoparticles (especially a porous layer made of a sintered body) on the positive electrode of the dye-sensitized solar cell. I found that it can be solved. The present invention has been completed by further research based on such knowledge. That is, the present invention includes the following configurations.
Item 1. An integrated electrode in which a positive electrode and a separator are integrated,
The separator is made of a porous body containing titanium oxide.
Integrated electrode.
Item 2. Item 2. The integrated electrode according to Item 1, wherein the separator is made of a porous sintered body containing titanium oxide.
Item 3. Item 3. The integrated electrode according to Item 2, wherein the separator has a thickness of 0.1 to 5 µm.
Item 4. Item 4. The integrated electrode according to any one of Items 1 to 3, wherein the porous body has a specific surface area of 3 to 150 m 2 / g.
Item 5. Item 5. The integrated electrode according to any one of Items 1 to 4, wherein the titanium oxide contains titania nanotubes.
Item 6. Item 6. The integrated electrode according to any one of Items 1 to 5, wherein the positive electrode includes a conductive substrate.
Item 7. Item 6. The integrated electrode according to any one of Items 1 to 5, wherein the positive electrode has a conductive layer containing a conductive material formed on a substrate.
Item 8. Item 8. The integrated electrode according to any one of Items 1 to 7, wherein the positive electrode has a conductive layer containing a conductive material formed on a conductive substrate.
Item 9. Item 9. The integrated electrode according to Item 7 or 8, wherein the conductive layer further contains a binder.
Item 10. Item 10. The integrated electrode according to Item 9, wherein the binder is an inorganic oxide.
Item 11. Item 11. The integrated electrode according to Item 10, wherein the inorganic oxide is at least one oxide selected from the group consisting of tin oxide, titanium oxide, and zinc oxide.
Item 12. Item 12. The integrated electrode according to any one of Items 1 to 11, wherein the integrated electrode contains an electrolytic solution.
Item 13. Item 13. The integrated electrode according to Item 12, wherein the electrolytic solution is present in pores of the porous body.
Item 14. Item 14. The integrated electrode according to Item 12 or 13, wherein the electrolytic solution contains an ionic liquid.
Item 15. Item 15. The integrated electrode according to Item 14, wherein the ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium bisfluorosulfonylimide.
Item 16. The electrolytic solution contains an electrolyte containing iodide including iodine and 1,3-dialkylimidazolium iodide, and
(1) The 1,3-dialkylimidazolium iodide includes 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide.
(2) The electrolytic solution contains 3.0 mol / liter or more of the 1,3-dialkylimidazolium iodide.
(3) The integrated electrode according to any one of Items 12 to 15, wherein the 1,3-dialkylimidazolium iodide satisfies at least one of containing 1-methyl-3-propylimidazolium iodide.
Item 17. The electrolyte is
(1) The integral electrode according to item 16, wherein the 1,3-dialkylimidazolium iodide satisfies 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide.
Item 18. Item 18. The integrated electrode according to Item 17, wherein the electrolytic solution contains 3.0 mol or more of the 1,3-dialkylimidazolium iodide with respect to 1 liter of solvent.
Item 19. The 1,3-dialkylimidazolium iodide further includes 1-methyl-3-propylimidazolium iodide and / or 1-butyl-3-methylimidazolium iodide.
Item 19. The integrated electrode according to Item 17 or 18.
Item 20. Item 20. The method for producing an integral electrode according to any one of Items 1 to 19,
A manufacturing method provided with the process of apply | coating and sintering the composition for separator formation containing a titanium oxide or a titanium oxide precursor on a positive electrode.
Item 21. Item 20. A photoelectric conversion element comprising the integrated electrode according to any one of Items 1 to 19.
Item 22. Item 22. The photoelectric conversion element according to Item 21, further comprising a negative electrode.
Item 23. A method for producing a photoelectric conversion element comprising a negative electrode and the integral electrode according to any one of Items 1 to 19,
A manufacturing method comprising a step of sealing after directly bonding the integrated electrode to the negative electrode.
Item 24. Item 23. A dye-sensitized solar cell comprising the photoelectric conversion element according to Item 21 or 22.

本発明の一体電極を用いれば、酸化チタンを含む多孔質体(特に多孔質焼結体)をスペーサーとして使用しており、このスペーサーの孔内に電解液を含ませることが可能であるため、負極と張り合わせるだけで、簡便に光電変換素子を製造することができる。   If the integral electrode of the present invention is used, a porous body containing titanium oxide (especially a porous sintered body) is used as a spacer, and it is possible to include an electrolytic solution in the holes of this spacer. A photoelectric conversion element can be easily manufactured only by pasting together with a negative electrode.

また、従来とは異なり、本発明の一体電極においては、多孔質スペーサーを用いているにもかかわらず、電流密度の低下がなく、優れた光電変換効率が得られる。   Further, unlike the conventional case, the integrated electrode of the present invention does not have a decrease in current density despite the use of a porous spacer, and an excellent photoelectric conversion efficiency can be obtained.

さらに、正極と負極の間隔を均一とすることができるため、色素増感太陽電池モジュールに組込んだときの出力特性も安定し、光電変換効率を維持できる。   Furthermore, since the space | interval of a positive electrode and a negative electrode can be made uniform, the output characteristic when incorporating in a dye-sensitized solar cell module is stabilized, and photoelectric conversion efficiency can be maintained.

チタニアナノ粒子のチューブ状集合体の表面形状を示す電子顕微鏡(SEM)写真である。It is an electron microscope (SEM) photograph which shows the surface shape of the tubular aggregate | assembly of a titania nanoparticle. 特許文献7の実施例1で得られた炭素質材料を構成する鉄−炭素複合体1本の電子顕微鏡(TEM)写真である。It is an electron microscope (TEM) photograph of one iron-carbon complex which comprises the carbonaceous material obtained in Example 1 of patent document 7. 特許文献7の実施例1で得られた炭素質材料における鉄−炭素複合体の存在状態を示す電子顕微鏡(TEM)写真である。It is an electron microscope (TEM) photograph which shows the presence state of the iron-carbon composite in the carbonaceous material obtained in Example 1 of patent document 7. 特許文献7の実施例1で得られた鉄―炭素複合体1本を輪切り状にした電子顕微鏡(TEM)写真である。なお、図4の写真中に示されている黒三角(▲)は、組成分析のためのEDX測定ポイントを示している。It is the electron microscope (TEM) photograph which made one iron-carbon composite_body | complex obtained in Example 1 of patent document 7 into the shape of a ring. In addition, the black triangle ((triangle | delta)) shown in the photograph of FIG. 4 has shown the EDX measurement point for composition analysis. カーボンチューブのTEM像の模式図を示し、(a−1)は、円柱状のナノフレークカーボンチューブのTEM像の模式図であり、(a−2)は、入れ子構造の多層カーボンナノチューブのTEM像の模式図である。The schematic diagram of the TEM image of a carbon tube is shown, (a-1) is a schematic diagram of the TEM image of a cylindrical nano flake carbon tube, (a-2) is the TEM image of the multi-layer carbon nanotube of a nested structure FIG.

1.一体電極
本発明の一体電極は、正極とセパレータとが一体化した電極である。
1. Integrated electrode The integrated electrode of the present invention is an electrode in which a positive electrode and a separator are integrated.

(1)正極
正極は、導電性基板からなる単層構造でもよいし、基板(導電性基板でも非導電性基板でもよい)上に導電層が形成された複層構造でもよい。
(1) Positive electrode The positive electrode may have a single-layer structure made of a conductive substrate, or a multilayer structure in which a conductive layer is formed on a substrate (which may be a conductive substrate or a non-conductive substrate).

基板としては、特に限定されず、材質、厚さ、寸法、形状等は目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属、無色又は有色ガラス、網入りガラス、ガラスブロック等が用いられる他、樹脂基板でもよい。   The substrate is not particularly limited, and the material, thickness, dimensions, shape, and the like can be appropriately selected according to the purpose. For example, metal, colorless or colored glass, meshed glass, glass block, etc. are used. A resin substrate may be used.

金属としては、白金、金、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、銀、タングステン等の金属を採用することが好ましい。   As the metal, it is preferable to employ a metal such as platinum, gold, nickel, titanium, aluminum, copper, silver, or tungsten.

樹脂基板としては、導電性の樹脂基板であれば特に制限されないが、例えば、ポリエチレンナフタレート樹脂基板(PEN樹脂基板)、ポリエチレンテレフタレート樹脂基板(PET樹脂基板)等のポリエステル;ポリアミド;ポリスルホン;ポリエーテルサルホン;ポリエーテルエーテルケトン;ポリフェニレンサルファイド;ポリカーボネート;ポリイミド;ポリメチルメタクリレート;ポリスチレン;トリ酢酸セルロース;ポリメチルペンテン等が挙げられる。   The resin substrate is not particularly limited as long as it is a conductive resin substrate. For example, polyester such as polyethylene naphthalate resin substrate (PEN resin substrate) and polyethylene terephthalate resin substrate (PET resin substrate); polyamide; polysulfone; polyether Examples include sulfone, polyether ether ketone, polyphenylene sulfide, polycarbonate, polyimide, polymethyl methacrylate, polystyrene, cellulose triacetate, and polymethylpentene.

基板として導電性基板を採用する場合は、例えば金属、導電性炭素材料、導電性有機物等を使用することが好ましい。   When a conductive substrate is employed as the substrate, it is preferable to use, for example, a metal, a conductive carbon material, a conductive organic substance, or the like.

基板としては、板厚が0.05〜10mm程度のものが好ましい。   The substrate preferably has a thickness of about 0.05 to 10 mm.

導電層を構成する導電性材料としては、スズドープ酸化インジウム膜(ITO膜)、フッ素ドープ酸化スズ膜(FTO膜)、アンチモンドープ酸化スズ膜(ATO膜)アルミニウムドープ酸化亜鉛膜(AZO膜)、ガリウムドープ酸化亜鉛膜(GZO膜)等の他、白金、金、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、銀、タングステン等の金属、炭素材料、導電性有機物等の比抵抗の小さな材料も好ましく使用することができる。   As the conductive material constituting the conductive layer, a tin-doped indium oxide film (ITO film), a fluorine-doped tin oxide film (FTO film), an antimony-doped tin oxide film (ATO film), an aluminum-doped zinc oxide film (AZO film), gallium In addition to a doped zinc oxide film (GZO film), a material having a small specific resistance such as a metal such as platinum, gold, nickel, titanium, aluminum, copper, silver, and tungsten, a carbon material, and a conductive organic material is preferably used. it can.

また、前記導電層中には、結着剤が含まれていてもよい。前記導電性材料が結着剤により固着されることで、より強固な導電層を形成することができる。このような結着剤としては、無機酸化物(特に酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等)が好ましい。   The conductive layer may contain a binder. A stronger conductive layer can be formed by fixing the conductive material with a binder. As such a binder, inorganic oxides (particularly tin oxide, titanium oxide, zinc oxide, etc.) are preferable.

これらの導電層の膜厚は、0.02〜10μm程度とするのが好ましい。   The thickness of these conductive layers is preferably about 0.02 to 10 μm.

また、正極の抵抗を下げる目的で金属リードを用いてもよい。金属リードは白金、金、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、銀、タングステン等の金属からなるのが好ましく、アルミニウム又は銀からなるのが特に好ましい。   A metal lead may be used for the purpose of reducing the resistance of the positive electrode. The metal lead is preferably made of a metal such as platinum, gold, nickel, titanium, aluminum, copper, silver or tungsten, and particularly preferably made of aluminum or silver.

(2)セパレータ
本発明において、セパレータは、酸化チタンを含む多孔質体からなり、特に多孔質焼結体からなることが好ましい。
(2) Separator In the present invention, the separator is preferably made of a porous body containing titanium oxide, particularly preferably a porous sintered body.

[酸化チタン]
本発明において、「酸化チタン」又は「チタニア」とは、二酸化チタン(TiO)のみを指すものではなく、三酸化二チタン(Ti);一酸化チタン(TiO);Ti、Ti等に代表される二酸化チタンから酸素欠損した組成等も含む概念である。また、末端OH基に代表されるように一部酸化チタンの合成に起因するTi−O−Ti以外の基を含んでいてもよい。
[Titanium oxide]
In the present invention, “titanium oxide” or “titania” does not only refer to titanium dioxide (TiO 2 ) but also titanium dioxide (Ti 2 O 3 ); titanium monoxide (TiO); Ti 4 O 7. It is a concept including a composition in which oxygen is deficient from titanium dioxide represented by Ti 5 O 9 and the like. Further, as represented by the terminal OH group, a group other than Ti—O—Ti resulting from the synthesis of titanium oxide may be included.

本発明において、セパレータを構成する酸化チタンは、最終的に得られるセパレータが多孔質体(特に多孔質焼結体)であれば特に制限はなく、様々な形態の酸化チタンを採用し得る。具体的には、
(A)公知又は市販のチタニアナノ粒子
(B)アモルファス状チタニアナノチューブ
(C)チタニアナノ粒子のチューブ状集合体(チタニアナノ粒子が連なってなるチタニアナノチューブ)
等が挙げられる。
In the present invention, the titanium oxide constituting the separator is not particularly limited as long as the finally obtained separator is a porous body (particularly a porous sintered body), and various forms of titanium oxide can be employed. In particular,
(A) Known or commercially available titania nanoparticles (B) Amorphous titania nanotubes (C) Tube-like aggregates of titania nanoparticles (titania nanotubes composed of continuous titania nanoparticles)
Etc.

(A)チタニアナノ粒子
チタニアナノ粒子としては、市販又は公知のチタニアナノ粒子を使用してもよいし、例えば酸化チタン前駆体を用いてゾルゲル反応により合成してもよい。変換効率を考慮すると、酸化チタン前駆体を用いてゾルゲル反応により合成することが好ましい。この際使用できる酸化チタン前駆体としては、例えば、チタンテトライソプロポキシド等のチタンアルコキシド、二酸化チタン、水酸化チタン、塩化チタン、硫酸チタン等が挙げられる。
(A) Titania nanoparticle As titania nanoparticle, a commercially available or well-known titania nanoparticle may be used, for example, you may synthesize | combine by a sol gel reaction using a titanium oxide precursor. Considering the conversion efficiency, it is preferable to synthesize by a sol-gel reaction using a titanium oxide precursor. Examples of the titanium oxide precursor that can be used in this case include titanium alkoxides such as titanium tetraisopropoxide, titanium dioxide, titanium hydroxide, titanium chloride, and titanium sulfate.

チタニアナノ粒子の結晶構造としては、とくに制限されるわけではないが、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン及びブルッカイト型酸化チタンよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、電子のリークによる内部短絡の点から、アナターゼ型酸化チタンを含むことがより好ましい。なお、チタニアナノ粒子(A)の結晶構造は、例えば、X線回折法、ラマン分光分析等により測定することができる。   The crystal structure of the titania nanoparticle is not particularly limited, but preferably contains at least one selected from the group consisting of anatase-type titanium oxide, rutile-type titanium oxide and brookite-type titanium oxide, due to electron leakage It is more preferable that anatase type titanium oxide is included from the point of an internal short circuit. The crystal structure of the titania nanoparticle (A) can be measured by, for example, an X-ray diffraction method, Raman spectroscopic analysis, or the like.

チタニアナノ粒子の平均粒子径は、イオンが通過しやすいこと、及び、負極から入射光を有効に活用しやすい点から、10〜1000nmが好ましく、20〜500nmがより好ましい。なお、平均粒子径は、例えば、電子顕微鏡(SEM)観察等により測定することができる。   The average particle diameter of the titania nanoparticles is preferably 10 to 1000 nm, more preferably 20 to 500 nm, from the viewpoint that ions easily pass through and the incident light can be effectively used from the negative electrode. In addition, an average particle diameter can be measured by electron microscope (SEM) observation etc., for example.

(B)アモルファス状チタニアナノチューブ
アモルファス状チタニアナノチューブとしては、公知又は市販のチタニアナノチューブを採用できる。例えば、特許文献2〜3等に記載のチタニアナノチューブ等が挙げられる。このように、チタニアナノチューブを使用すれば、チューブ内空間をイオンが移動するため、製膜性を確保しつつ、イオンが移動する空間を確保することができる。その結果、変換効率を向上させることができる。
(B) Amorphous Titania Nanotube As the amorphous titania nanotube, a known or commercially available titania nanotube can be adopted. Examples thereof include titania nanotubes described in Patent Documents 2 to 3 and the like. As described above, when titania nanotubes are used, ions move in the space in the tube, so that it is possible to secure a space in which ions move while ensuring film forming properties. As a result, conversion efficiency can be improved.

(C)チタニアナノ粒子のチューブ状集合体(チタニアナノ粒子が連なってなるチタニアナノチューブ)
チタニアナノ粒子のチューブ状集合体としては、特許文献4に記載の材料を使用することができる。具体的には、以下のとおりである。
(C) Titania nanotubular aggregate (titania nanotubes composed of continuous titania nanoparticles)
As the tube-like aggregate of titania nanoparticles, the material described in Patent Document 4 can be used. Specifically, it is as follows.

チタニアナノ粒子のチューブ状集合体は、チタニアナノ粒子が連なってなる。本発明において、「連なってなる」とは、チタニアナノ粒子が、粒子の形状を維持しながら、隣接するチタニアナノ粒子と密接に接していることを言う。つまり、アモルファス状のチタニアナノチューブとは異なる。   The tube-like aggregate of titania nanoparticles is composed of continuous titania nanoparticles. In the present invention, “consecutively” means that the titania nanoparticles are in close contact with the adjacent titania nanoparticles while maintaining the shape of the particles. That is, it differs from amorphous titania nanotubes.

チタニアナノ粒子のチューブ状集合体は、チタニアナノ粒子が、チューブを形成するように連なって形成している。これにより、図1に示すように、チタニアナノ粒子のチューブ状集合体の表面には、微細な凹凸が存在している。これにより、イオンが移動する空間を確保するだけでなく、内部空間の極性、表面状態等をイオンが入りやすくすることができる。結果的に、アモルファス状チタニアナノチューブを使用した場合と比較しても、変換効率を向上させることができる。   The tube-like aggregate of titania nanoparticles is formed by connecting titania nanoparticles so as to form a tube. Thereby, as shown in FIG. 1, the fine unevenness | corrugation exists in the surface of the tube-shaped aggregate of a titania nanoparticle. This not only secures a space for ions to move, but also makes it easier for ions to enter the polarity, surface state, etc. of the internal space. As a result, the conversion efficiency can be improved compared to the case where amorphous titania nanotubes are used.

チタニアナノ粒子の結晶構造としては、とくに制限されるわけではないが、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン及びブルッカイト型酸化チタンよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、原則として、内部短絡を抑制し、焼成温度が低く加工性に優れる点から、アナターゼ型酸化チタンを含むことがより好ましい。なお、電極との間の電子伝導をより抑制しつつ、イオン移動をより促進できる材料を選択することが好ましい。チタニアナノ粒子の結晶構造は、例えば、X線回折法、ラマン分光分析等により測定することができる。また、チタニアナノ粒子としては、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン及びブルッカイト型酸化チタンに加えて、さらに、2価チタンの酸化物、3価チタンの酸化物及び4価チタンの酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含んでもよい。   The crystal structure of the titania nanoparticle is not particularly limited, but preferably contains at least one selected from the group consisting of anatase-type titanium oxide, rutile-type titanium oxide and brookite-type titanium oxide. It is more preferable to contain anatase type titanium oxide from the point which suppresses a short circuit and has a low baking temperature and excellent workability. In addition, it is preferable to select a material that can further promote ion movement while further suppressing electron conduction with the electrode. The crystal structure of titania nanoparticles can be measured by, for example, X-ray diffraction, Raman spectroscopic analysis, or the like. In addition to the anatase-type titanium oxide, rutile-type titanium oxide and brookite-type titanium oxide, the titania nanoparticles further include a divalent titanium oxide, a trivalent titanium oxide and a tetravalent titanium oxide. It may contain at least one selected from

チタニアナノ粒子としては、他にも、マグネリ相構造の結晶形態を有する酸化チタンを含むことが好ましい。このマグネリ相構造の結晶形態を有する酸化チタンは、具体的な構成は明らかではないが、組成式:Ti2n−1(n:4〜10)で表され、金属と同程度の導電性を有する酸化チタンである。このマグネリ相構造の結晶形態を有する酸化チタンを少量含むことで、電極との電気コンタクトを避け、イオン移動を促進することが可能になり、優れた特性を示す。3重量%以下、好ましくは、1重量%以下で含有されるものがよい。 In addition to the above, titania nanoparticles preferably include titanium oxide having a crystal form of a Magneli phase structure. Although the specific structure of the titanium oxide having the crystal form of the magnetic phase structure is not clear, it is represented by the composition formula: Ti n O 2n-1 (n: 4 to 10) and has the same conductivity as the metal. It is titanium oxide which has this. By containing a small amount of titanium oxide having a crystal form of this magnetic phase structure, it becomes possible to avoid electrical contact with the electrode and promote ion migration, and exhibits excellent characteristics. The content is 3% by weight or less, preferably 1% by weight or less.

チタニアナノ粒子の平均粒子径は、イオンが通過しやすく、負極から入射光を有効に活用しやすい点から、10〜1000nmが好ましく、20〜500nmがより好ましい。なお、平均粒子径は、例えば、電子顕微鏡(SEM又はTEM)観察等により測定することができる。   The average particle diameter of the titania nanoparticles is preferably 10 to 1000 nm, more preferably 20 to 500 nm, from the viewpoint that ions easily pass through and the incident light can be effectively utilized from the negative electrode. In addition, an average particle diameter can be measured by electron microscope (SEM or TEM) observation etc., for example.

チタニアナノ粒子のチューブ状集合体は、比表面積が20m/g以上が好ましく、比表面積が70m/g以上がより好ましく、80m/g以上がさらに好ましい。比表面積は、大きいほうが好ましく、上限値は特に制限されないが、3000m/g程度である。なお、比表面積は、BET法等により測定できる。 The tubular aggregate of titania nanoparticles preferably has a specific surface area of 20 m 2 / g or more, more preferably 70 m 2 / g or more, and still more preferably 80 m 2 / g or more. The specific surface area is preferably larger, and the upper limit is not particularly limited, but is about 3000 m 2 / g. The specific surface area can be measured by the BET method or the like.

チタニアナノ粒子のチューブ状集合体は、内部にイオンの移動できる経路を有する点から、長軸に直交する平均内径が5〜500nm(特に10〜100nm)、長軸の平均長さが0.1〜50μm(1〜10μm)が好ましい。また、チタニアナノ粒子のチューブ状集合体の平均内径、平均長さは、例えば、電子顕微鏡(SEM)観察等により測定することができる。   The tube-like aggregate of titania nanoparticles has a route through which ions can move, so that the average inner diameter orthogonal to the long axis is 5 to 500 nm (particularly 10 to 100 nm), and the long axis has an average length of 0.1 to 0.1. 50 μm (1 to 10 μm) is preferable. Moreover, the average internal diameter and average length of the tubular aggregate of titania nanoparticles can be measured, for example, by observation with an electron microscope (SEM).

チタニアナノ粒子のチューブ状集合体の肉厚は特に制限されないが、成膜性の点から、2〜500nm程度が好ましく、5〜50nm程度がより好ましい。また、チタニアナノ粒子のチューブ状集合体の肉厚は、例えば、電子顕微鏡(SEM又はTEM)観察等により測定することができる。   The thickness of the tube-like aggregate of titania nanoparticles is not particularly limited, but is preferably about 2 to 500 nm, more preferably about 5 to 50 nm from the viewpoint of film formability. Moreover, the thickness of the tubular aggregate of titania nanoparticles can be measured, for example, by observation with an electron microscope (SEM or TEM).

チタニアナノ粒子のチューブ状集合体は、例えば、
(I)棒状又は繊維状のナノスケールカーボンの表面に、チタンフルオロ錯体からの析出反応により、チタニアナノ粒子が連なってなる被覆層を形成し、酸化チタン被覆ナノスケールカーボンを作製する工程、及び
(II)酸化チタン被覆ナノスケールカーボン中に存在するナノスケールカーボンを消失させる工程
を備える方法により得られる。
The tubular aggregate of titania nanoparticles is, for example,
(I) A step of forming a titanium oxide-coated nanoscale carbon by forming a coating layer composed of titania nanoparticles on the surface of a rod-like or fibrous nanoscale carbon by precipitation reaction from a titanium fluoro complex, and (II) ) It is obtained by a method comprising a step of eliminating nanoscale carbon present in titanium oxide-coated nanoscale carbon.

工程(I)では、棒状又は繊維状のナノスケールカーボンの表面に、チタンフルオロ錯体からの析出反応により、チタニアナノ粒子が連なってなる被覆層を形成し、酸化チタン被覆ナノスケールカーボンを作製する。   In the step (I), a coating layer composed of continuous titania nanoparticles is formed on the surface of a rod-like or fibrous nanoscale carbon by a precipitation reaction from a titanium fluoro complex, thereby producing a titanium oxide-coated nanoscale carbon.

具体的には、例えば、棒状又は繊維状のナノスケールカーボンを、硝酸、硫酸、塩酸等の酸で処理した後、分散剤を含む溶媒中に分散させ、その後、チタンフルオロ錯体及びホウ酸、塩化アルミニウム等のフッ化物イオン補足剤等を加えてチタニアナノ粒子を析出させる方法である。   Specifically, for example, rod-like or fibrous nanoscale carbon is treated with an acid such as nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, etc., and then dispersed in a solvent containing a dispersant. In this method, titania nanoparticles are precipitated by adding a fluoride ion scavenger such as aluminum.

ここで、チタンフルオロ錯体としては、特に制限されるわけではないが、例えば、ヘキサフルオロチタン酸アンモニウム、ヘキサフルオロチタン酸、ヘキサフルオロチタン酸カリウム等が挙げられる。   Here, the titanium fluoro complex is not particularly limited, and examples thereof include ammonium hexafluorotitanate, hexafluorotitanic acid, and potassium hexafluorotitanate.

前記溶媒としては、特に制限されるものではないが、例えば、水、水とアルコールとの混合溶媒等、チタンフルオロ錯体が溶解する溶媒等が挙げられる。   Although it does not restrict | limit especially as said solvent, For example, the solvent etc. which a titanium fluoro complex melt | dissolves, such as water, the mixed solvent of water and alcohol, etc. are mentioned.

また、分散剤としては、ナフタレンスルホン酸ナトリウムホルマリン縮合物系分散剤、ポリカルボン酸塩系分散剤、マレイン酸α−オレフィン共重合体塩系分散剤、アニオン性界面活性剤等の陰イオン性分散剤;四級アンモニウム塩系分散剤、アルキルアミン塩等の陽イオン性分散剤;セルロース系分散剤、ポリビニルアルコール系分散剤、ポリエーテル系分散剤等の非イオン性分散剤;両性界面活性剤等のその他の分散剤等が挙げられる。これらのなかでも、非イオン性分散剤が好ましく、ポリエーテル系分散剤がより好ましい。   In addition, as the dispersant, anionic dispersion such as sodium naphthalenesulfonate formalin condensate-based dispersant, polycarboxylate-based dispersant, maleic acid α-olefin copolymer salt-based dispersant, anionic surfactant, etc. Agents; Cationic dispersants such as quaternary ammonium salt dispersants and alkylamine salts; Nonionic dispersants such as cellulose dispersants, polyvinyl alcohol dispersants, polyether dispersants; amphoteric surfactants, etc. Other dispersants and the like. Among these, nonionic dispersants are preferable, and polyether dispersants are more preferable.

工程(I)で使用できるナノスケールカーボンについて、以下に詳述する。   The nanoscale carbon that can be used in the step (I) will be described in detail below.

ナノスケールカーボン
本発明で使用する棒状又は繊維状のナノスケールカーボンとしては、特に制限はないが、ナノスケールカーボンチューブを使用することが好ましい。このナノスケールカーボンチューブは、導電性を有する物質で形成されているのが好ましい。
Nanoscale carbon Although there is no restriction | limiting in particular as rod-like or fibrous nanoscale carbon used by this invention, It is preferable to use a nanoscale carbon tube. The nanoscale carbon tube is preferably formed of a conductive material.

また、この棒状又は繊維状のナノスケールカーボンは、鋳型になってチタニアをナノスケールで堆積するという点から、真直ぐな形状で溶液に分散することが好ましく、長軸に直交する平均直径が1〜100nm(特に1〜50nm)程度、長軸の平均長さが0.1〜1000μm程度(特に1〜50μm)、平均アスペクト比が5〜1000000(特に5〜10000、さらに10〜10000)程度が好ましい。なお、長軸に直交する平均直径、長軸の平均長さ及び平均アスペクト比は、例えば、電子顕微鏡(SEM又はTEM)観察により測定できる。   In addition, this rod-like or fibrous nanoscale carbon is preferably dispersed in the solution in a straight shape from the point that titania is deposited on the nanoscale as a template, and the average diameter orthogonal to the major axis is 1 to 1. About 100 nm (especially 1 to 50 nm), the average length of the major axis is about 0.1 to 1000 μm (particularly 1 to 50 μm), and the average aspect ratio is about 5 to 1,000,000 (particularly 5 to 10,000, more preferably about 10 to 10,000). . In addition, the average diameter orthogonal to the long axis, the average length of the long axis, and the average aspect ratio can be measured, for example, by observation with an electron microscope (SEM or TEM).

ナノスケールカーボンチューブ
ナノスケールカーボンチューブとしては、ナノサイズの直径を有するカーボンチューブを指し、該カーボンチューブのチューブ内空間部には鉄等が内包されていてもよい。
Nanoscale carbon tube The nanoscale carbon tube refers to a carbon tube having a nano-sized diameter, and iron or the like may be included in the inner space of the carbon tube.

かかるナノスケールカーボンチューブとしては、
(1)単層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブ、
(2)本出願人が開発したアモルファスナノスケールカーボンチューブ、
(3)ナノフレークカーボンチューブ、
(4)(a)ナノフレークカーボンチューブ及び入れ子構造の多層カーボンナノチューブよりなる群から選ばれるカーボンチューブと(b)炭化鉄又は鉄とからなり、該カーボンチューブ(a)のチューブ内空間部の10〜90%の範囲に(b)の炭化鉄又は鉄が充填されている鉄−炭素複合体、
(5)これらの2種以上の混合物
等を例示することができる。
As such a nanoscale carbon tube,
(1) single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes,
(2) Amorphous nanoscale carbon tube developed by the applicant,
(3) Nano flake carbon tube,
(4) (a) a carbon tube selected from the group consisting of nano-flake carbon tubes and nested multi-walled carbon nanotubes, and (b) iron carbide or iron, and 10 of the space in the tube of the carbon tube (a). An iron-carbon composite filled with iron carbide or iron of (b) in a range of -90%;
(5) A mixture of two or more of these can be exemplified.

カーボンナノチューブ
カーボンナノチューブは、黒鉛シート(即ち、黒鉛構造の炭素原子面ないしグラフェンシート)がチューブ状に閉じた中空炭素物質であり、その直径はナノメートルスケールであり、壁構造は黒鉛構造を有している。カーボンナノチューブのうち、壁構造が一枚の黒鉛シートでチューブ状に閉じたものは単層カーボンナノチューブと呼ばれ、複数枚の黒鉛シートがそれぞれチューブ状に閉じて、入れ子状になっているものは入れ子構造の多層カーボンナノチューブと呼ばれている。本発明では、これら単層カーボンナノチューブ及び入れ子構造の多層カーボンナノチューブがいずれも使用できる。
< Carbon nanotube >
A carbon nanotube is a hollow carbon material in which a graphite sheet (that is, a carbon atom plane or graphene sheet of a graphite structure) is closed like a tube, its diameter is nanometer scale, and the wall structure has a graphite structure. . Among the carbon nanotubes, one with a single graphite sheet whose wall structure is closed in a tube shape is called a single-walled carbon nanotube, and a plurality of graphite sheets are each closed in a tube shape and are nested. It is called a multi-walled carbon nanotube with a nested structure. In the present invention, both of these single-walled carbon nanotubes and nested multi-walled carbon nanotubes can be used.

単層カーボンナノチューブとしては、長軸に直交する平均直径が1〜10nm(特に1〜5nm、さらに1〜2nm)程度、長軸の平均長さが0.1〜500μm(特に1〜100μm、さらに1〜20μm)程度、平均アスペクト比が10〜500000(特に10〜50000、さらに15〜30000、なかでも20〜20000)程度が好ましい。   The single-walled carbon nanotube has an average diameter orthogonal to the major axis of about 1 to 10 nm (especially 1 to 5 nm, more preferably 1 to 2 nm), and an average length of the major axis of 0.1 to 500 μm (particularly 1 to 100 μm, The average aspect ratio is preferably about 10 to 500,000 (especially 10 to 50,000, more preferably 15 to 30000, especially 20 to 20000).

また、入れ子構造の多層カーボンナノチューブとしては、長軸に直交する平均直径が1〜100nm程度(特に1〜50nm、さらに1〜40nm)、長軸の平均長さが0.1〜500μm程度(特に1〜100μm、さらに1〜20μm)、平均アスペクト比が1〜500000(特に5〜10000、さらに10〜10000)程度が好ましい。   In addition, the multi-walled carbon nanotube having a nested structure has an average diameter orthogonal to the major axis of about 1 to 100 nm (particularly 1 to 50 nm, further 1 to 40 nm), and an average length of the major axis of about 0.1 to 500 μm (particularly The average aspect ratio is preferably about 1 to 500,000 (especially 5 to 10,000, more preferably 10 to 10,000).

アモルファスナノスケールカーボンチューブ
アモルファスナノスケールカーボンチューブは、特許文献5〜6に記載されており、カーボンからなる主骨格を有し、直径が0.1〜1000nmであり、アモルファス構造を有するナノスケールカーボンチューブであって、直線状の形態を有し、X線回折法(入射X線:CuKα)において、ディフラクトメーター法により測定される炭素網平面(002)の平面間隔(d002)が3.54Å以上、特に3.7Å以上であり、回折角度(2θ)が25.1度以下、特に24.1度以下であり、2θバンドの半値幅が3.2度以上、特に7.0度以上であることを特徴とする。
< Amorphous nanoscale carbon tube >
Amorphous nanoscale carbon tubes are described in Patent Documents 5 to 6, have a main skeleton made of carbon, have a diameter of 0.1 to 1000 nm, have an amorphous structure, and are linear. In the X-ray diffraction method (incident X-ray: CuKα), the plane interval (d002) of the carbon network plane (002) measured by the diffractometer method is 3.54 mm or more, particularly 3.7 mm. The diffraction angle (2θ) is 25.1 degrees or less, particularly 24.1 degrees or less, and the full width at half maximum of the 2θ band is 3.2 degrees or more, particularly 7.0 degrees or more. .

該アモルファスナノスケールカーボンチューブは、マグネシウム、鉄、コバルト、ニッケル等の金属の塩化物の少なくとも1種からなる触媒の存在下で、分解温度が200〜900℃である熱分解性樹脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール等を、励起処理することにより得られる。   The amorphous nanoscale carbon tube is a thermally decomposable resin having a decomposition temperature of 200 to 900 ° C. in the presence of a catalyst made of at least one metal chloride such as magnesium, iron, cobalt, nickel, etc. It can be obtained by subjecting tetrafluoroethylene, polyvinylidene chloride, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol or the like to excitation treatment.

出発原料としての熱分解性樹脂の形状は、フィルム状乃至シート状、粉末状、塊状等の任意の形状でよい。例えば、基板上に薄膜化アモルファスナノスケールカーボンチューブを形成させた炭素材料を得る場合には、基板上に熱分解性樹脂を塗布あるいは載置した状態で、適切な条件下に励起処理することが好ましい。   The shape of the thermally decomposable resin as a starting material may be any shape such as a film shape, a sheet shape, a powder shape, or a lump shape. For example, when obtaining a carbon material in which a thin amorphous nanoscale carbon tube is formed on a substrate, excitation treatment under appropriate conditions can be performed with a thermally decomposable resin applied or placed on the substrate. preferable.

該励起処理としては、例えば、不活性雰囲気中、好ましくは450〜1800℃程度の温度域でかつ原料の熱分解温度以上で加熱する、室温〜3000℃程度の温度域でかつ原料の熱分解温度以上でプラズマ処理する等の処理が例示できる。   As the excitation treatment, for example, heating is performed in an inert atmosphere, preferably in a temperature range of about 450 to 1800 ° C. and at a temperature equal to or higher than the thermal decomposition temperature of the raw material, and in a temperature range of about room temperature to 3000 ° C. The process of plasma processing etc. can be illustrated by the above.

アモルファスナノスケールカーボンチューブは、アモルファス構造(非晶質構造)を有するナノスケールのカーボンナノチューブで、中空直線状であり、細孔が高度に制御されている。その形状は、主に円柱、四角柱などであり、先端の少なくとも一方が、キャップを有していない(開口している)場合が多い。先端が閉口している場合には、形状がフラット状である場合が多い。   Amorphous nanoscale carbon tubes are nanoscale carbon nanotubes having an amorphous structure (amorphous structure), are hollow linear, and have highly controlled pores. The shape is mainly a cylinder, a quadrangular prism, etc., and at least one of the tips often has no cap (open). When the tip is closed, the shape is often flat.

該アモルファスナノスケールカーボンチューブとしては、平均外径が1〜100nm(特に1〜50nm)程度、平均長さが0.1〜1000μm(特に1〜50μm)程度、平均アスペクト比が1〜1000000(特に5〜10000、さらに10〜10000)程度が好ましい。   The amorphous nanoscale carbon tube has an average outer diameter of about 1 to 100 nm (particularly 1 to 50 nm), an average length of about 0.1 to 1,000 μm (particularly 1 to 50 μm), and an average aspect ratio of 1 to 1,000,000 (particularly 5 to 10,000, more preferably about 10 to 10,000).

ここで、「アモルファス構造」とは、規則的に配列した炭素原子の連続的な炭素層からなる黒鉛質構造ではなく、不規則な炭素網平面からなる炭素質構造を意味し、多数の微細なグラフェンシートが不規則に配列している。代表的な分析手法である透過型電子顕微鏡による像からは、本発明で使用できる非晶質構造のナノスケールカーボンチューブは、炭素網平面の平面方向の広がりがアモルファスナノスケールカーボンチューブの直径の1倍より小さい。このように、アモルファスナノスケールカーボンチューブは、その壁部が黒鉛構造ではなく多数の微細なグラフェンシート(炭素網面)が不規則に分布したアモルファス構造を有しているため、最外層を構成する炭素網面は、チューブ長手方向の全長にわたって連続しておらず、不連続となっている。特に、最外層を構成する炭素網面の長さは、20nm未満、特に5nm未満である。   Here, “amorphous structure” means a carbonaceous structure consisting of an irregular carbon network plane, not a graphite structure consisting of a continuous carbon layer of regularly arranged carbon atoms. The graphene sheets are irregularly arranged. From an image obtained by a transmission electron microscope, which is a typical analysis technique, in the nanoscale carbon tube having an amorphous structure that can be used in the present invention, the spread in the plane direction of the carbon network plane is 1 of the diameter of the amorphous nanoscale carbon tube. Less than double. As described above, the amorphous nanoscale carbon tube has an amorphous structure in which a large number of fine graphene sheets (carbon network surface) are irregularly distributed instead of a graphite structure, so that the outermost layer is formed. The carbon mesh surface is not continuous over the entire length in the tube longitudinal direction but is discontinuous. In particular, the length of the carbon network surface constituting the outermost layer is less than 20 nm, particularly less than 5 nm.

非晶質炭素は一般的にはX線回折を示さないが、ブロードな反射を示す。黒鉛質構造では、炭素網平面が規則的に積み重なっているので、炭素網平面間隔(d002)が狭くなり、ブロードな反射は高角側(2θ)に移行して、次第に鋭くなり(2θバンドの半値幅が狭くなり)、d002回折線として観測できるようになる(黒鉛的位置関係で規則正しく積み重なっている場合はd002=3.354Åである)。 Amorphous carbon generally does not exhibit X-ray diffraction, but exhibits broad reflection. In the graphitic structure, the carbon mesh planes are regularly stacked, so the carbon mesh plane spacing (d 002 ) is narrowed, and the broad reflection shifts to the high angle side (2θ) and becomes gradually sharper (in the 2θ band). The full width at half maximum becomes narrower), and it can be observed as a d 002 diffraction line (d 002 = 3.354 mm when regularly stacked due to the graphite positional relationship).

これに対し、非晶質構造は、上記のように一般的にはX線による回折を示さないが、部分的に非常に弱い干渉性散乱を示す。X線回折法(入射X線=CuKα)において、ディフラクトメーター法により測定されるアモルファスナノスケールカーボンチューブの理論的な結晶学的特性は、以下の様に規定される:炭素網平面間隔(d002)は、3.54Å以上であり、より好ましくは3.7Å以上である;回折角度(2θ)は、25.1度以下であり、より好ましくは24.1度以下である;前記2θバンドの半値幅は、3.2度以上であり、より好ましくは7.0度以上である。 In contrast, an amorphous structure generally does not exhibit X-ray diffraction as described above, but partially exhibits very weak coherent scattering. In the X-ray diffraction method (incident X-ray = CuKα), the theoretical crystallographic characteristics of the amorphous nanoscale carbon tube measured by the diffractometer method are defined as follows: carbon network plane spacing (d 002 ) is 3.54 mm or more, more preferably 3.7 mm or more; the diffraction angle (2θ) is 25.1 degrees or less, more preferably 24.1 degrees or less; the 2θ band The full width at half maximum is 3.2 degrees or more, more preferably 7.0 degrees or more.

典型的には、アモルファスナノスケールカーボンチューブは、X線回折による回折角度(2θ)が18.9〜22.6度の範囲内にあり、炭素網平面間隔(d002)は3.9〜4.7Åの範囲内にあり、2θバンドの半値幅は7.6〜8.2度の範囲内にある。 Typically, an amorphous nanoscale carbon tube has a diffraction angle (2θ) by X-ray diffraction in the range of 18.9 to 22.6 degrees, and a carbon network plane spacing (d 002 ) of 3.9 to 4 The half-width of the 2θ band is in the range of 7.6 to 8.2 degrees.

アモルファスナノスケールカーボンチューブの形状を表す一つの用語である「直線状」なる語句は、次のように定義される。すなわち、透過型電子顕微鏡によるアモルファスナノスケールカーボンチューブ像の長さをLとし、そのアモルファスナノスケールカーボンチューブを伸ばした時の長さをLとした場合に、L/Lが0.9以上となる形状特性を意味するものとする。 The term “linear”, which is one term representing the shape of the amorphous nanoscale carbon tube, is defined as follows. That is, the length of the amorphous nanoscale carbon tubes image by a transmission electron microscope is L, the length of time that extended the amorphous nanoscale carbon tubes in the case of the L 0, L / L 0 is 0.9 or more It shall mean the shape characteristic that becomes.

かかるアモルファスナノスケールカーボンチューブのチューブ壁部分は、あらゆる方向に配向した複数の微細な炭素網平面(グラフェンシート)からなる非晶質構造であり、これらの炭素網平面の炭素平面間隔により活性点を有するためか、樹脂との親和性に優れているという利点を有する。   The tube wall portion of such an amorphous nanoscale carbon tube has an amorphous structure composed of a plurality of fine carbon network planes (graphene sheets) oriented in all directions, and the active point is determined by the carbon plane spacing of these carbon network planes. It has the advantage that it is excellent in affinity with resin because it has.

鉄−炭素複合体
また、鉄−炭素複合体(IV)は、特許文献7〜8に記載されており、(a)ナノフレークカーボンチューブ及び入れ子構造の多層カーボンナノチューブよりなる群から選ばれるカーボンチューブと(b)炭化鉄又は鉄とからなり、該カーボンチューブ(a)のチューブ内空間部の10〜90%の範囲に(b)の炭化鉄又は鉄が充填されている。即ち、チューブ内空間部の100%の範囲に完全に充填されているものではなく、上記炭化鉄又は鉄がそのチューブ内空間部の10〜90%の範囲に充填されている(即ち、部分的に充填されている)ことを特徴とするものである。壁部は、パッチワーク状ないし張り子状(いわゆるpaper mache状)のナノフレークカーボンチューブである。
< Iron-carbon composite >
The iron-carbon composite (IV) is described in Patent Documents 7 to 8, and (a) a carbon tube selected from the group consisting of a nanoflake carbon tube and a multi-walled carbon nanotube with a nested structure; and (b) carbonization. It consists of iron or iron, and the iron carbide or iron of (b) is filled in the range of 10 to 90% of the space in the tube of the carbon tube (a). That is, 100% of the space in the tube is not completely filled, and the iron carbide or iron is filled in the range of 10 to 90% of the space in the tube (that is, partially). It is characterized in that it is filled in). The wall portion is a patchwork-like or machete-like (so-called paper match-like) nanoflake carbon tube.

本明細書において、「ナノフレークカーボンチューブ」とは、フレーク状の黒鉛シートが複数枚(通常は多数)パッチワーク状ないし張り子状(paper mache状)に集合して構成されている、黒鉛シートの集合体からなる炭素製チューブを指す。   In this specification, the “nano flake carbon tube” is a graphite sheet composed of a plurality of (usually many) flake-like graphite sheets assembled in a patchwork shape or a papier-like shape. It refers to a carbon tube made of aggregate.

かかる鉄−炭素複合体は、特許文献7に記載の方法に従って、
(1)不活性ガス雰囲気中、圧力を10−5Pa〜200kPaに調整し、反応炉内の酸素濃度を、反応炉容積をA(リットル)とし酸素量をB(Ncc)とした場合の比B/Aが1×10−10〜1×10−1となる濃度に調整した反応炉内でハロゲン化鉄を600〜900℃まで加熱する工程、及び
(2)上記反応炉内に不活性ガスを導入し、圧力10−5Pa〜200kPaで熱分解性炭素源を導入して600〜900℃で加熱処理を行う工程
を包含する製造方法により製造される。
Such an iron-carbon composite is obtained according to the method described in Patent Document 7.
(1) Ratio when the pressure is adjusted to 10 −5 Pa to 200 kPa in an inert gas atmosphere, the oxygen concentration in the reactor is A (liter), and the oxygen amount is B (Ncc). A step of heating the iron halide to 600 to 900 ° C. in a reaction furnace adjusted to a concentration at which B / A is 1 × 10 −10 to 1 × 10 −1 ; and (2) an inert gas in the reaction furnace. And a heat decomposable carbon source is introduced at a pressure of 10 −5 Pa to 200 kPa and a heat treatment is performed at 600 to 900 ° C.

ここで、酸素量Bの単位である「Ncc」は、気体の25℃での標準状態に換算したときの体積(cc)という意味である。   Here, “Ncc”, which is a unit of the oxygen amount B, means a volume (cc) when converted to a standard state of gas at 25 ° C.

該鉄−炭素複合体は、(a)ナノフレークカーボンチューブ及び入れ子構造の多層カーボンナノチューブよりなる群から選ばれるカーボンチューブと(b)炭化鉄又は鉄とからなるものであって、該カーボンチューブ内空間部(即ち、チューブ壁で囲まれた空間)の実質上全てが充填されているのではなく、該空間部の一部、より具体的には10〜90%程度、特に30〜80%程度、好ましくは40〜70%程度が炭化鉄又は鉄により充填されている。   The iron-carbon composite is composed of (a) a carbon tube selected from the group consisting of nano flake carbon tubes and nested multi-walled carbon nanotubes, and (b) iron carbide or iron, The space portion (that is, the space surrounded by the tube wall) is not completely filled, but a part of the space portion, more specifically, about 10 to 90%, particularly about 30 to 80%. Preferably, about 40 to 70% is filled with iron carbide or iron.

鉄−炭素複合体においては、特許文献7に記載されているように、炭素部分は、製造工程(1)及び(2)を行った後、特定の速度で冷却するとナノフレークカーボンチューブとなり、製造工程(1)及び(2)を行った後、不活性気体中で加熱処理を行い、特定の冷却速度で冷却することにより、入れ子構造の多層カーボンナノチューブとなる。   In the iron-carbon composite, as described in Patent Document 7, the carbon portion becomes a nano flake carbon tube when cooled at a specific rate after performing the production steps (1) and (2). After performing steps (1) and (2), heat treatment is performed in an inert gas, and cooling is performed at a specific cooling rate, thereby forming a multi-walled carbon nanotube having a nested structure.

<(a−1)ナノフレークカーボンチューブ>
ナノフレークカーボンチューブ(a−1)と炭化鉄又は鉄(b)からなる鉄−炭素複合体は、典型的には円柱状であるが、そのような円柱状の鉄−炭素複合体(特許文献7の実施例1で得られたもの)の長手方向にほぼ垂直な断面の透過型電子顕微鏡(TEM)写真を図4に示し、側面のTEM写真を図2に示す。
<(A-1) Nano flake carbon tube>
The iron-carbon composite composed of the nano flake carbon tube (a-1) and iron carbide or iron (b) is typically cylindrical, but such a cylindrical iron-carbon composite (Patent Literature). 7 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of a cross-section substantially perpendicular to the longitudinal direction of FIG. 4, and a side TEM photograph is shown in FIG.

また、図5の(a−1)にそのような円柱状のナノフレークカーボンチューブのTEM像の模式図を示す。図5の(a−1)において、100は、ナノフレークカーボンチューブの長手方向のTEM像を模式的に示しており、200は、ナノフレークカーボンチューブの長手方向にほぼ垂直な断面のTEM像を模式的に示している。   Moreover, the schematic diagram of the TEM image of such a cylindrical nano flake carbon tube is shown to (a-1) of FIG. In (a-1) of FIG. 5, 100 schematically shows a TEM image in the longitudinal direction of the nanoflakes carbon tube, and 200 shows a TEM image in a cross section substantially perpendicular to the longitudinal direction of the nanoflakes carbon tube. This is shown schematically.

鉄−炭素複合体を構成するナノフレークカーボンチューブ(a−1)は、代表的には、中空円筒状の形態を有し、その断面をTEM観察した場合、弧状グラフェンシート像が同心円状に集合しており、個々のグラフェンシート像は、不連続な環を形成しており、その長手方向をTEMで観察した場合、略直線状のグラフェンシート像が、長手方向にほぼ並行に多層状に配列しており、個々のグラフェンシート像は、長手方向全長にわたって連続しておらず、不連続となっているという特徴を有している。   The nano flake carbon tube (a-1) constituting the iron-carbon composite typically has a hollow cylindrical shape, and when the cross section is observed with a TEM, arc-shaped graphene sheet images are concentrically assembled. Each graphene sheet image forms a discontinuous ring. When the longitudinal direction of the graphene sheet is observed with a TEM, the substantially linear graphene sheet images are arranged in multiple layers substantially parallel to the longitudinal direction. The individual graphene sheet images are not continuous over the entire length in the longitudinal direction, but are discontinuous.

より詳しくは、鉄−炭素複合体を構成しているナノフレークカーボンチューブ(a−1)は、図4及び図5の(a−1)の200から明らかなように、その長手方向に垂直な断面をTEM観察した場合、多数の弧状グラフェンシート像が同心円状(多層構造のチューブ状)に集合しているが、個々のグラフェンシート像は、例えば210、214に示すように、完全に閉じた連続的な環を形成しておらず、途中で途切れた不連続な環を形成している。一部のグラフェンシート像は、211に示すように、分岐している場合もある。不連続点においては、一つの不連続環を構成する複数の弧状TEM像は、図5の(a−1)の222に示すように、層構造が部分的に乱れている場合もあれば、223に示すように隣接するグラフェンシート像との間に間隔が存在している場合もあるが、TEMで観察される多数の弧状グラフェンシート像は、全体として、多層状のチューブ構造を形成している。   More specifically, the nanoflake carbon tube (a-1) constituting the iron-carbon composite is perpendicular to the longitudinal direction, as is apparent from 200 of FIGS. 4 and 5 (a-1). When the cross-section is observed by TEM, a large number of arc-shaped graphene sheet images are concentrically (multi-layered tube shape), but each graphene sheet image is completely closed as shown in 210 and 214, for example. It does not form a continuous ring, but forms a discontinuous ring that is interrupted. Some graphene sheet images may be branched as indicated by 211. At the discontinuity point, the plurality of arc-shaped TEM images constituting one discontinuous ring may have a partially disturbed layer structure as indicated by 222 in FIG. As shown in 223, there may be a gap between adjacent graphene sheet images, but a large number of arc-shaped graphene sheet images observed by TEM form a multilayer tube structure as a whole. Yes.

また、図2及び図5の(a−1)の100から明らかなように、ナノフレークカーボンチューブ(a−1)の長手方向をTEMで観察した場合、多数の略直線状のグラフェンシート像が鉄−炭素複合体の長手方向にほぼ並行に多層状に配列しているが、個々のグラフェンシート像110は、鉄−炭素複合体の長手方向全長にわたって連続しておらず、途中で不連続となっている。一部のグラフェンシート像は、図5の(a−1)の111に示すように、分岐している場合もある。また、不連続点においては、層状に配列したTEM像のうち、一つの不連続層のTEM像は、図5の(a−1)の112に示すように、隣接するグラフェンシート像と少なくとも部分的に重なり合っている場合もあれば、113に示すように隣接するグラフェンシート像と少し離れている場合もあるが、多数の略直線状のTEM像が、全体として多層構造を形成している。   Further, as apparent from 100 of FIGS. 2 and 5 (a-1), when the longitudinal direction of the nanoflake carbon tube (a-1) is observed with a TEM, a large number of substantially linear graphene sheet images are obtained. Although it is arranged in multiple layers substantially parallel to the longitudinal direction of the iron-carbon composite, the individual graphene sheet images 110 are not continuous over the entire length in the longitudinal direction of the iron-carbon composite, and are discontinuous in the middle. It has become. Some graphene sheet images may be branched as indicated by reference numeral 111 in FIG. Further, at the discontinuous point, among the TEM images arranged in a layered manner, the TEM image of one discontinuous layer is at least partly adjacent to the adjacent graphene sheet image as indicated by 112 in FIG. In some cases, they may overlap each other or may be slightly separated from adjacent graphene sheet images as indicated by 113, but a large number of substantially linear TEM images form a multilayer structure as a whole.

かかるナノフレークカーボンチューブ(a−1)の構造は、従来の多層カーボンナノチューブと大きく異なっている。即ち、図5の(a−2)の400に示すように、入れ子構造の多層カーボンナノチューブ(a−2)は、その長手方向に垂直な断面のTEM像が、410に示すように、実質上完全な円形のTEM像となっている同心円状のチューブであり、且つ、図5の(a−2)の300に示すように、その長手方向の全長にわたって連続する直線状グラフェンシート像310等が平行に配列している構造(同心円筒状ないし入れ子状の構造)である。   The structure of the nano flake carbon tube (a-1) is greatly different from the conventional multi-walled carbon nanotube. That is, as indicated by reference numeral 400 in FIG. 5A-2, the multi-walled carbon nanotube (a-2) having a nested structure substantially has a cross-sectional TEM image perpendicular to the longitudinal direction as indicated by reference numeral 410. A straight graphene sheet image 310 or the like that is a concentric tube that is a complete circular TEM image, and is continuous over the entire length in the longitudinal direction, as indicated by 300 in FIG. It is a structure arranged in parallel (concentric cylindrical or nested structure).

以上より、詳細は未だ完全には解明されていないが、鉄−炭素複合体を構成するナノフレークカーボンチューブ(a−1)は、フレーク状のグラフェンシートが多数パッチワーク状ないし張り子状に重なり合って全体としてチューブを形成しているようにみえる。   Although the details have not been fully elucidated yet, the nano-flake carbon tube (a-1) constituting the iron-carbon composite has a large number of flake-like graphene sheets overlapped in a patchwork or tension form. It seems to form a tube as a whole.

このようなナノフレークカーボンチューブ(a−1)とそのチューブ内空間部に内包された炭化鉄又は鉄(b)からなる鉄−炭素複合体は、特許文献9に記載されているような入れ子構造の多層カーボンナノチューブ(a−2)のチューブ内空間部に金属が内包された複合体に比し、カーボンチューブの構造において大きく異なっている。   Such an nano-flake carbon tube (a-1) and an iron-carbon composite made of iron carbide or iron (b) contained in the inner space of the tube have a nested structure as described in Patent Document 9. The structure of the carbon tube is greatly different from that of the composite in which the metal is included in the inner space of the multi-walled carbon nanotube (a-2).

鉄−炭素複合体を構成しているナノフレークカーボンチューブ(a−1)をTEM観察した場合において、その長手方向に配向している多数の略直線状のグラフェンシート像に関し、個々のグラフェンシート像の長さは、通常、2〜500nm程度、特に10〜100nm程度である。即ち、図5の(a−1)の100に示されるように、110で示される略直線状のグラフェンシートのTEM像が多数集まってナノフレークカーボンチューブ(a−1)の壁部のTEM像を構成しており、個々の略直線状のグラフェンシート像の長さは、通常、2〜500nm程度、特に10〜100nm程度である。   When the nano-flake carbon tube (a-1) constituting the iron-carbon composite is observed with a TEM, each graphene sheet image is related to a number of substantially straight graphene sheet images oriented in the longitudinal direction. The length is usually about 2 to 500 nm, particularly about 10 to 100 nm. That is, as indicated by 100 in (a-1) of FIG. 5, a large number of TEM images of the substantially linear graphene sheet indicated by 110 are collected, and a TEM image of the wall portion of the nano flake carbon tube (a-1). The length of each substantially linear graphene sheet image is usually about 2 to 500 nm, particularly about 10 to 100 nm.

このように、鉄−炭素複合体においては、その壁部を構成するナノフレークカーボンチューブ(a−1)の最外層は、チューブ長手方向の全長にわたって連続していない不連続なグラフェンシートから形成されており、その最外面の炭素網面の長さは、通常、2〜500nm程度、特に10〜100nm程度である。   Thus, in the iron-carbon composite, the outermost layer of the nano flake carbon tube (a-1) constituting the wall portion is formed from discontinuous graphene sheets that are not continuous over the entire length in the tube longitudinal direction. The length of the outermost carbon network surface is usually about 2 to 500 nm, particularly about 10 to 100 nm.

鉄−炭素複合体を構成するナノフレークカーボンチューブ(a−1)の壁部の炭素部分は、上記のようにフレーク状のグラフェンシートが多数長手方向に配向して全体としてチューブ状となっているが、X線回折法により測定した場合に、炭素網面間の平均距離(d002)が0.34nm以下の黒鉛質構造を有するものである。 The carbon portion of the wall portion of the nano-flake carbon tube (a-1) constituting the iron-carbon composite has a tube shape as a whole with a large number of flake-like graphene sheets oriented in the longitudinal direction as described above. However, when measured by the X-ray diffraction method, the carbon fiber has an average distance (d 002 ) having a graphite structure of 0.34 nm or less.

また、鉄−炭素複合体のナノフレークカーボンチューブ(a−1)からなる壁部の厚さは、49nm以下、特に0.1〜20nm程度、好ましくは1〜10nm程度であって、全長に亘って実質的に均一である。   Moreover, the thickness of the wall part which consists of an iron-carbon composite nano flake carbon tube (a-1) is 49 nm or less, Especially about 0.1-20 nm, Preferably it is about 1-10 nm, Comprising: And substantially uniform.

<(a−2)入れ子構造の多層カーボンナノチューブ>
前記のように、工程(1)及び(2)を行った後、特定の加熱工程を行うことにより、得られる鉄−炭素複合体を構成するカーボンチューブは、入れ子構造の多層カーボンナノチューブ(a−2)となる。
<(A-2) Nested multi-walled carbon nanotube>
As described above, the carbon tube constituting the iron-carbon composite obtained by performing the specific heating step after performing the steps (1) and (2) is a multi-walled carbon nanotube (a- 2).

こうして得られる入れ子構造の多層カーボンナノチューブ(a−2)は、図5の(a−2)の400に示すように、その長手方向に垂直な断面のTEM像が実質的に完全な円を構成する同心円状のチューブであり、且つ、その長手方向の全長にわたって連続したグラフェンシート像が平行に配列している構造(同心円筒状ないし入れ子状の構造)である。   In the nested multi-walled carbon nanotube (a-2) thus obtained, a TEM image of a cross section perpendicular to the longitudinal direction forms a substantially perfect circle as indicated by 400 in FIG. 5 (a-2). And a graphene sheet image that is continuous over the entire length in the longitudinal direction thereof is arranged in parallel (a concentric cylindrical or nested structure).

鉄−炭素複合体を構成する入れ子構造の多層カーボンナノチューブ(a−2)の壁部の炭素部分は、X線回折法により測定した場合に、炭素網面間の平均距離(d002)が0.34nm以下の黒鉛質構造を有するものである。 The carbon portion of the wall portion of the multi-walled carbon nanotube (a-2) having a nested structure constituting the iron-carbon composite has an average distance (d 002 ) between the carbon network surfaces of 0 when measured by X-ray diffraction. It has a graphite structure of .34 nm or less.

また、鉄−炭素複合体の入れ子構造の多層カーボンナノチューブ(a−2)からなる壁部の厚さは、49nm以下、特に0.1〜20nm程度、好ましくは1〜10nm程度であって、全長に亘って実質的に均一である。   Further, the thickness of the wall portion composed of the multi-walled carbon nanotubes (a-2) of the iron-carbon composite nested structure is 49 nm or less, particularly about 0.1 to 20 nm, preferably about 1 to 10 nm. Substantially uniform.

<(b)内包されている炭化鉄又は鉄>
本明細書において、上記ナノフレークカーボンチューブ(a−1)及び入れ子構造の多層カーボンナノチューブ(a−2)よりなる群から選ばれるカーボンチューブ内空間部の炭化鉄又は鉄(b)による充填率(10〜90%)は、鉄−炭素複合体を透過型電子顕微鏡で観察し、各カーボンチューブの空間部(即ち、カーボンチューブのチューブ壁で囲まれた空間)の像の面積に対する、炭化鉄又は鉄(b)が充填されている部分の像の面積の割合である。
<(B) Iron carbide or iron contained>
In the present specification, the filling ratio of the space portion in the carbon tube selected from the group consisting of the nano flake carbon tube (a-1) and the multi-layer carbon nanotube (a-2) with a nested structure by iron carbide or iron (b) ( 10 to 90%) observes the iron-carbon composite with a transmission electron microscope, and the iron carbide or the area of the image of the space portion of each carbon tube (that is, the space surrounded by the tube wall of the carbon tube) It is the ratio of the area of the image of the part filled with iron (b).

炭化鉄又は鉄(b)の充填形態は、カーボンチューブ内空間部に連続的に充填されている形態、カーボンチューブ内空間部に断続的に充填されている形態等があるが、基本的には断続的に充填されている。従って、本発明で使用できる鉄−炭素複合体は、金属内包炭素複合体ないし鉄化合物内包炭素複合体、炭化鉄又は鉄内包炭素複合体とも言うべきものである。   As for the filling form of iron carbide or iron (b), there are a form in which the space in the carbon tube is continuously filled, a form in which the space in the carbon tube is intermittently filled, etc. Filled intermittently. Therefore, the iron-carbon composite that can be used in the present invention should also be referred to as a metal-encapsulated carbon composite, an iron compound-encapsulated carbon composite, iron carbide, or an iron-encapsulated carbon composite.

また、鉄−炭素複合体に内包されている炭化鉄又は鉄(b)は、カーボンチューブの長手方向に配向しており、結晶性が高く、炭化鉄又は鉄(b)が充填されている範囲のTEM像の面積に対する、結晶性炭化鉄又は鉄(b)のTEM像の面積の割合(以下「結晶化率」という)は、一般に、90〜100%程度、特に95〜100%程度である。   Moreover, the iron carbide or iron (b) included in the iron-carbon composite is oriented in the longitudinal direction of the carbon tube, has high crystallinity, and is filled with the iron carbide or iron (b). The ratio of the area of the TEM image of crystalline iron carbide or iron (b) to the area of the TEM image (hereinafter referred to as “crystallization rate”) is generally about 90 to 100%, particularly about 95 to 100%. .

内包されている炭化鉄又は鉄(b)の結晶性が高いことは、鉄−炭素複合体の側面からTEM観察した場合、内包物のTEM像が格子状に配列していることから明らかであり、電子線回折において明確な回折パターンが得られることからも明らかである。   The high crystallinity of the iron carbide or iron (b) contained is apparent from the fact that the TEM images of the inclusions are arranged in a lattice pattern when observed from the side of the iron-carbon composite. It is also clear from the fact that a clear diffraction pattern is obtained in electron beam diffraction.

また、鉄−炭素複合体に炭化鉄又は鉄(b)が内包されていることは、電子顕微鏡、EDX(エネルギー分散型X線検出器)により容易に確認することができる。   Further, the inclusion of iron carbide or iron (b) in the iron-carbon composite can be easily confirmed by an electron microscope and EDX (energy dispersive X-ray detector).

<鉄−炭素複合体の全体形状>
鉄−炭素複合体は、湾曲が少なく、直線状であり、壁部の厚さが全長に亘ってほぼ一定の均一厚さを有しているので、全長に亘って均質な形状を有している。その形状は、柱状で、主に円柱状である。
<Overall shape of iron-carbon composite>
The iron-carbon composite has a small shape, is linear, and has a uniform thickness over the entire length because the wall portion has a substantially uniform thickness. Yes. The shape is columnar and mainly cylindrical.

該鉄−炭素複合体としては、平均外径が1〜100nm(特に1〜50nm)程度、平均長さが0.1〜1000μm(特に1〜400μm)程度、平均アスペクト比が1〜1000000(特に5〜10000、さらに10〜10000)程度が好ましい。   The iron-carbon composite has an average outer diameter of about 1 to 100 nm (particularly 1 to 50 nm), an average length of about 0.1 to 1,000 μm (particularly 1 to 400 μm), and an average aspect ratio of 1 to 1,000,000 (particularly 5 to 10,000, more preferably about 10 to 10,000).

鉄−炭素複合体の形状を表す一つの用語である「直線状」なる語句は、次のように定義される。即ち、透過型電子顕微鏡により鉄−炭素複合体を含む炭素質材料を200〜2000nm四方の範囲で観察し、像の長さをWとし、該像を直線状に伸ばした時の長さをWoとした場合に、比W/Woが、0.8以上、特に、0.9以上となる形状特性を意味するものとする。   The term “linear”, which is one term representing the shape of the iron-carbon composite, is defined as follows. That is, a carbonaceous material containing an iron-carbon composite is observed in the range of 200 to 2000 nm by a transmission electron microscope, the length of the image is W, and the length when the image is linearly extended is Wo. In this case, the shape characteristic means that the ratio W / Wo is 0.8 or more, particularly 0.9 or more.

鉄−炭素複合体は、バルク材料としてみた場合、次の性質を有する。即ち、本発明では、上記のようなナノフレークカーボンチューブ(a−1)及び入れ子構造の多層カーボンナノチューブ(a−2)から選ばれるカーボンチューブのチューブ内空間部の10〜90%の範囲に鉄または炭化鉄(b)が充填されている鉄−炭素複合体は、顕微鏡観察によりかろうじて観察できる程度の微量ではなく、多数の該鉄−炭素複合体を含むバルク材料であって、鉄−炭素複合体を含む炭素質材料、或いは、炭化鉄又は鉄内包炭素質材料ともいうべき材料の形態で大量に得られる。   The iron-carbon composite has the following properties when viewed as a bulk material. That is, in the present invention, iron is contained in a range of 10 to 90% of the space in the tube of the carbon tube selected from the nano flake carbon tube (a-1) and the multi-walled carbon nanotube (a-2) having the nested structure as described above. Alternatively, the iron-carbon composite filled with iron carbide (b) is not a trace amount that can be barely observed by microscopic observation, but is a bulk material containing a large number of the iron-carbon composite, It is obtained in a large amount in the form of a carbonaceous material containing a body, or a material to be called iron carbide or an iron-containing carbonaceous material.

特許文献7の実施例1で製造されたナノフレークカーボンチューブ(a−1)とそのチューブ内空間部に充填された炭化鉄(b)からなる本発明で使用できる炭素質材料の電子顕微鏡写真を、図3に示す。   The electron micrograph of the carbonaceous material which can be used by this invention which consists of the nano flake carbon tube (a-1) manufactured in Example 1 of patent document 7, and the iron carbide (b) with which the space part in the tube was filled. As shown in FIG.

図3から判るように、鉄−炭素複合体を含む炭素質材料においては、基本的にはほとんど全ての(特に99%又はそれ以上の)カーボンチューブにおいて、その空間部(即ち、カーボンチューブのチューブ壁で囲まれた空間)の10〜90%の範囲に炭化鉄又は鉄(b)が充填されており、空間部が充填されていないカーボンチューブは実質上存在しないのが通常である。但し、場合によっては、炭化鉄又は鉄(b)が充填されていないカーボンチューブも微量混在することがある。   As can be seen from FIG. 3, in a carbonaceous material containing an iron-carbon composite, basically, in almost all (particularly 99% or more) carbon tubes, the space (that is, the tube of the carbon tube). Usually, iron carbide or iron (b) is filled in a range of 10 to 90% of the space surrounded by the wall, and there is usually substantially no carbon tube filled with the space. However, in some cases, a small amount of carbon tubes not filled with iron carbide or iron (b) may be present.

また、炭素質材料においては、上記のようなカーボンチューブ内空間部の10〜90%に鉄又は炭化鉄(b)が充填されている鉄−炭素複合体が主要構成成分であるが、鉄−炭素質複合体以外に、スス等が含まれている場合がある。そのような場合は、鉄−炭素質複合体以外の成分を除去して、炭素質材料中の鉄−炭素質複合体の純度を向上させ、実質上鉄−炭素複合体のみからなる炭素質材料を得ることもできる。   Further, in the carbonaceous material, an iron-carbon composite in which iron or iron carbide (b) is filled in 10 to 90% of the space in the carbon tube as described above is a main component. In addition to the carbonaceous composite, soot may be contained. In such a case, components other than the iron-carbonaceous complex are removed to improve the purity of the iron-carbonaceous complex in the carbonaceous material, and the carbonaceous material substantially consisting of only the iron-carbon complex. You can also get

また、従来の顕微鏡観察で微量確認し得るに過ぎなかった材料とは異なり、鉄−炭素複合体を含む炭素質材料は大量に合成できるので、その重量を容易に1mg以上とすることができる。   In addition, unlike materials that can only be confirmed in microscopic amounts by conventional microscopic observation, a carbonaceous material containing an iron-carbon composite can be synthesized in a large amount, so that its weight can easily be set to 1 mg or more.

炭素質材料は、該炭素質材料1mgに対して25mm以上の照射面積で、CuKαのX線を照射した粉末X線回折測定において、内包されている鉄又は炭化鉄(b)に帰属される40°<2θ<50°のピークの中で最も強い積分強度を示すピークの積分強度をIaとし、カーボンチューブの炭素網面間の平均距離(d002)に帰属される26°<2θ<27°のピークの積分強度Ibとした場合に、IaのIbに対する比R(=Ia/Ib)が、0.35〜5程度、特に0.5〜4程度であるのが好ましく、より好ましくは1〜3程度である。 The carbonaceous material is attributed to iron or iron carbide (b) contained in powder X-ray diffraction measurement in which X-rays of CuKα are irradiated with an irradiation area of 25 mm 2 or more with respect to 1 mg of the carbonaceous material. Of the peaks at 40 ° <2θ <50 °, the peak showing the strongest integrated intensity is Ia, and 26 ° <2θ <27 attributed to the average distance (d 002 ) between the carbon network surfaces of the carbon tubes. In the case of the integrated intensity Ib of the peak at °, the ratio R (= Ia / Ib) of Ia to Ib is preferably about 0.35 to 5, particularly about 0.5 to 4, more preferably 1 It is about ~ 3.

本明細書において、上記Ia/Ibの比をR値と呼ぶ。このR値は、鉄−炭素複合体を含む炭素質材料を、X線回折法において25mm以上のX線照射面積で観察した場合に、炭素質材料全体の平均値としてピーク強度が観察されるために、TEM分析で測定できる1本の鉄−炭素複合体における内包率ないし充填率ではなく、鉄−炭素複合体の集合物である炭素質材料全体としての、炭化鉄又は鉄(b)充填率ないし内包率の平均値を示すものである。 In this specification, the ratio of Ia / Ib is referred to as an R value. As for this R value, when a carbonaceous material containing an iron-carbon composite is observed in an X-ray diffraction area with an X-ray irradiation area of 25 mm 2 or more, a peak intensity is observed as an average value of the entire carbonaceous material. Therefore, iron carbide or iron (b) filling as a whole carbonaceous material that is an aggregate of iron-carbon composites, not the inclusion rate or filling rate in one iron-carbon composite that can be measured by TEM analysis It shows the average value of rate or inclusion rate.

尚、多数の鉄−炭素複合体を含む炭素質材料全体としての平均充填率は、TEMで複数の視野を観察し、各視野で観察される複数の鉄−炭素複合体における炭化鉄又は鉄(b)の平均充填率を測定し、更に複数の視野の平均充填率の平均値を算出することによっても求めることができる。かかる方法で測定した場合、鉄−炭素複合体からなる炭素質材料全体としての炭化鉄又は鉄(b)の平均充填率は、10〜90%程度、特に40〜70%程度である。   In addition, the average filling rate as the whole carbonaceous material containing many iron-carbon composites observes a several visual field with TEM, and the iron carbide or iron in several iron-carbon composites observed in each visual field ( It can also be obtained by measuring the average filling rate of b) and calculating the average value of the average filling rates of a plurality of visual fields. When measured by such a method, the average filling rate of iron carbide or iron (b) as a whole carbonaceous material composed of an iron-carbon composite is about 10 to 90%, particularly about 40 to 70%.

ナノフレークカーボンチューブ
上記の鉄又は炭化鉄(b)がナノフレークカーボンチューブ(a−1)のチューブ内空間に部分内包されている鉄−炭素複合体を酸処理することにより、内包されている鉄又は炭化鉄(b)が溶解除去され、チューブ内空間部に鉄又は炭化鉄(b)が存在しない中空のナノフレークカーボンチューブを得ることができる。
< Nano flake carbon tube >
The iron or iron carbide (b) contained in the nano-flake carbon tube (a-1) is partially encapsulated in the inner space of the nano-flake carbon tube (a-1) by acid treatment. b) is dissolved and removed, and a hollow nanoflake carbon tube in which iron or iron carbide (b) is not present in the space in the tube can be obtained.

上記酸処理に使用する酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸等を例示でき、その濃度は0.1〜2N程度のものが好ましい。酸処理方法としては、種々の方法により行うことが可能であるが、例えば、1Nの塩酸100mlに対して、1gの鉄内包ナノフレークカーボンチューブを分散し、室温で6時間撹拌処理し、ろ過分離した後、さらに、2回1Nの塩酸100mlで同様の処理を行なうことで、中空のナノフレークカーボンチューブを得ることができる。   Examples of the acid used for the acid treatment include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, and the like, and the concentration is preferably about 0.1 to 2N. As an acid treatment method, various methods can be used. For example, 1 g of iron-encapsulated nanoflake carbon tube is dispersed in 100 ml of 1N hydrochloric acid, and stirred at room temperature for 6 hours, followed by filtration and separation. After that, a hollow nanoflake carbon tube can be obtained by performing the same treatment twice with 100 ml of 1N hydrochloric acid twice.

この酸処理によってもナノフレークカーボンチューブの基本的構成は特に変化を受けない。よって、チューブ内空間部に鉄又は炭化鉄(b)が存在しない中空のナノフレークカーボンチューブにおいても、その最外面を構成する炭素網面の長さは、500nm以下であり、特に2〜500nm、特に10〜100nmである。   The basic structure of the nano flake carbon tube is not particularly changed by this acid treatment. Therefore, even in the hollow nanoflakes carbon tube in which iron or iron carbide (b) does not exist in the space in the tube, the length of the carbon network surface constituting the outermost surface is 500 nm or less, particularly 2 to 500 nm, In particular, it is 10 to 100 nm.

酸化チタン被覆ナノスケールカーボン
このようにして得られる酸化チタン被覆ナノスケールカーボンは、チタニアナノ粒子が連なってなるチタニアナノチューブを得る点から、棒状又は繊維状のナノスケールカーボンの表面の酸化チタンの被覆率が、70〜100%、特には85〜100%であることが好ましい。また、カーボン/チタンの表面元素比率は、0/100〜70/30(原子比)が好ましく、0/100〜50/50(原子比)がより好ましい。なお、表面被覆率(カーボンの表面上の、粒子状酸化チタンが連なってなる被覆層で覆われている箇所の割合)は、例えば、電子顕微鏡(SEM又はTEM)観察等により、また、カーボン/チタンの表面元素比率は、例えば、X線光電子分光分析等により、測定することができる。
Titanium oxide-coated nanoscale carbon Titanium oxide-coated nanoscale carbon obtained in this way has a titanium oxide coverage on the surface of rod-like or fibrous nanoscale carbon from the viewpoint of obtaining titania nanotubes composed of continuous titania nanoparticles. 70 to 100%, and particularly preferably 85 to 100%. The surface element ratio of carbon / titanium is preferably 0/100 to 70/30 (atomic ratio), more preferably 0/100 to 50/50 (atomic ratio). In addition, the surface coverage (ratio of the portion covered with the coating layer formed by continuous particulate titanium oxide on the surface of the carbon) can be determined by, for example, observation with an electron microscope (SEM or TEM) or the carbon / The surface element ratio of titanium can be measured by, for example, X-ray photoelectron spectroscopy.

工程(II)では、工程(I)で得られた酸化チタン被覆ナノスケールカーボン中に存在するナノスケールカーボンを消失させ、チタニアナノ粒子のチューブ状集合体を作製する。これにより、酸化チタンがアナターゼ型結晶構造になるとともに密着性が増す利点がある。なお、工程(II)では、ナノスケールカーボンを消失させればよく、その手法は特に限定されるものではないが、酸化消失させるのが簡便である。例えば、空気中で加熱して酸化消失させる場合には、その加熱温度は、好ましくは450℃以上、より好ましくは550℃以上、さらに好ましくは600〜750℃、特に好ましくは600〜700℃である。   In the step (II), the nanoscale carbon existing in the titanium oxide-coated nanoscale carbon obtained in the step (I) is eliminated, and a tubular aggregate of titania nanoparticles is produced. Thereby, there is an advantage that the titanium oxide has an anatase type crystal structure and adhesion is increased. In step (II), the nanoscale carbon may be eliminated, and the method is not particularly limited, but it is easy to eliminate the oxidation. For example, in the case of heating in air to cause oxidation to disappear, the heating temperature is preferably 450 ° C. or higher, more preferably 550 ° C. or higher, further preferably 600 to 750 ° C., particularly preferably 600 to 700 ° C. .

[形状]
本発明において、セパレータは、上述した酸化チタンの多孔質体からなり、特に多孔質焼結体からなることが好ましい。
[shape]
In the present invention, the separator is made of the above-described porous titanium oxide, and preferably made of a porous sintered body.

セパレータを多孔質構造とすることで、後にセパレータが有する多孔質構造(特に孔)内に電解液を含ませることが可能となり、従来のセパレータ構造では、工程上、後から電解液を注入して再封入する必要があったが、予め電解液を含ませる場合は、電解液を染み込ませた後そのまま封入することができ、工程が簡便になるばかりでなく、再封止の必要がないため封止性能も向上する。また、粘性の高い電解液やゲル状電解質を注入する場合は、後からの注入が困難であったが、多孔質セパレータに電解液やゲル電解質を予め含浸させることにより、簡便かつ封止性の高い構造となる。   By making the separator have a porous structure, it becomes possible to contain an electrolyte in the porous structure (especially pores) of the separator later. In the conventional separator structure, the electrolyte is injected later in the process. It was necessary to re-enclose, but when the electrolyte solution is included in advance, it can be sealed as it is after being soaked in the electrolyte solution, which not only simplifies the process but also eliminates the need for re-sealing. The stopping performance is also improved. In addition, when injecting a highly viscous electrolytic solution or gel electrolyte, it was difficult to inject it later, but by impregnating the porous separator with the electrolytic solution or gel electrolyte in advance, it is simple and sealable. High structure.

具体的には、セパレータを構成する多孔質体の比表面積は、3〜150m/g程度、特に5〜80m/g程度が好ましい。 Specifically, the specific surface area of the porous material constituting the separator, 3~150M 2 / g approximately, in particular 5~80m about 2 / g are preferred.

また、セパレータの厚みは、0.1〜5μm程度、特に0.5〜3μm程度が好ましい。セパレータの厚みをこの程度とすることで、内部抵抗を上昇させずに、短絡をより効果的に抑制することができる。なお、従来不織布等をセパレータとして使用した場合、5μmより大きい(特には10μm以上)厚みが必要であったが、本発明においては、上記のとおり0.1〜5μm程度でより十分に短絡を抑制することができる。このため、より内部抵抗の上昇を抑制することができる。   Moreover, the thickness of the separator is preferably about 0.1 to 5 μm, particularly preferably about 0.5 to 3 μm. By setting the thickness of the separator to this level, it is possible to more effectively suppress a short circuit without increasing the internal resistance. When a conventional nonwoven fabric or the like is used as a separator, a thickness greater than 5 μm (especially 10 μm or more) is required, but in the present invention, as described above, a short-circuit is sufficiently suppressed at about 0.1 to 5 μm. can do. For this reason, an increase in internal resistance can be further suppressed.

[形成方法]
基板上にセパレータを形成する方法には特に制限はない。例えば、上記正極上に、酸化チタン又は酸化チタン前駆体を含むセパレータ形成用組成物を塗布及び乾燥することが好ましい。この際、正極に導電層が形成されている場合には、セパレータ形成用組成物は、導電層上に形成することが好ましい。
[Formation method]
There is no restriction | limiting in particular in the method of forming a separator on a board | substrate. For example, it is preferable to apply and dry a separator-forming composition containing titanium oxide or a titanium oxide precursor on the positive electrode. At this time, when a conductive layer is formed on the positive electrode, the separator-forming composition is preferably formed on the conductive layer.

なお、酸化チタン前駆体としては、具体的には、チタンイソプロポキシド等のチタンアルコキシド、二酸化チタン、水酸化チタン、塩化チタン、硫酸チタン等が挙げられる。   Specific examples of the titanium oxide precursor include titanium alkoxides such as titanium isopropoxide, titanium dioxide, titanium hydroxide, titanium chloride, and titanium sulfate.

この際、組成物の溶媒としては、水、有機溶媒等を用いることができる。   At this time, water, an organic solvent, or the like can be used as a solvent for the composition.

有機溶媒としては、上記の酸化チタン又は酸化チタン前駆体を分散できるものであれば、特に限定はない。例えば、エタノール、メタノール、テルピネオール等のアルコール類;エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール等のグリコール類等を用いることができる。これらの溶媒は、分散性と揮発性、粘度を考慮し、通常混合して用いられる。組成物中の溶媒の割合としては、塗布時に流動性を持たせる点と塗布後の厚みを保持する点、また多孔質の酸化チタンを形成する点から、50〜90重量%が、特に60〜75重量%が好ましい。   The organic solvent is not particularly limited as long as it can disperse the above titanium oxide or titanium oxide precursor. For example, alcohols such as ethanol, methanol, and terpineol; glycols such as ethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, and polypropylene glycol can be used. These solvents are usually mixed and used in consideration of dispersibility, volatility, and viscosity. The proportion of the solvent in the composition is 50 to 90% by weight, particularly 60 to 90% in terms of providing fluidity during coating, maintaining the thickness after coating, and forming porous titanium oxide. 75% by weight is preferred.

分散液の成分として、上記の溶媒以外に、増粘剤等を含んでもよい。   As a component of the dispersion liquid, a thickener or the like may be included in addition to the above solvent.

増粘剤としては、例えば、メチルセルロース、エチルセルロース等のアルキルセルロース等が挙げられる。なかでも、アルキルセルロース、特にエチルセルロースを好適に用いることができる。   Examples of the thickener include alkyl celluloses such as methyl cellulose and ethyl cellulose. Among these, alkyl cellulose, particularly ethyl cellulose can be preferably used.

ペースト中の増粘剤の割合としては、塗布時の流動性と塗布後の厚みのバランスをとる点から、2〜20重量%が、特に3〜15重量%が好ましい。   The proportion of the thickener in the paste is preferably 2 to 20% by weight, particularly 3 to 15% by weight from the viewpoint of balancing the fluidity during coating and the thickness after coating.

ペースト中の固形分の割合としては、上記と同様に塗布時の流動性と塗布後の厚みのバランスの点から、5〜50重量%が、特に10〜30重量%が好ましい。   The ratio of the solid content in the paste is preferably 5 to 50% by weight, particularly 10 to 30% by weight, from the viewpoint of the balance between the fluidity at the time of coating and the thickness after coating, as described above.

(3)電解液
本発明の一体電極は電解液を含むことが好ましい。具体的には、本発明の一体電極は、セパレータ(多孔質体)中に存在する多孔質構造(特に孔)内に電解液を含むことが好ましい。このように、本発明の一体電極内に電解液を含むことにより、後に負極と張り合わせるだけで、簡便に光電変換素子を作製することが可能である。特に、耐久性に優れるイオン液体や高沸点溶媒は一般に粘性が高く、このような高耐久性溶媒を従来手法で導入する場合、後からセルに注入するのは困難であり、さらに、耐久性にも悪影響を及ぼす再封止をしなくてはいけなかった。しかし、高粘性のイオン液体や高沸点溶媒、あるいはゲル電解質等は、予め電解液を含浸させておくことで、張り合わせるだけで簡便に光電変換素子を作製することが可能である。また、素子の周囲を囲う形のセパレータではなく、両極に接したセパレータであるため、セルを張り合わせた後も、正極と負極の隙間から、電解液を注入することができ、工程上、簡便かつ高耐久性の封止が可能となる。
(3) Electrolytic Solution The integrated electrode of the present invention preferably contains an electrolytic solution. Specifically, the integral electrode of the present invention preferably contains an electrolytic solution in a porous structure (especially pores) present in the separator (porous body). As described above, by including the electrolytic solution in the integrated electrode of the present invention, it is possible to easily produce a photoelectric conversion element only by pasting it together with the negative electrode. In particular, ionic liquids and high-boiling solvents with excellent durability are generally highly viscous, and when such highly durable solvents are introduced by conventional methods, it is difficult to inject them into the cell later. Had to re-seal, which had a negative effect. However, a highly viscous ionic liquid, a high boiling point solvent, or a gel electrolyte is impregnated with an electrolytic solution in advance, whereby a photoelectric conversion element can be easily produced simply by bonding them together. In addition, since the separator is not in the form of surrounding the element but in contact with both electrodes, the electrolyte can be injected from the gap between the positive electrode and the negative electrode even after the cells are bonded together. High durability sealing becomes possible.

なお、本発明の一体電極内(特にセパレータ中に存在する多孔質構造内)に電解液を含ませる方法は特に制限はなく、例えば、本発明の一体電極をあらかじめ作製した電解液中に含浸させることが好ましい。   In addition, there is no restriction | limiting in particular in the method of including electrolyte solution in the integral electrode of this invention (especially in the porous structure which exists in a separator), for example, impregnating the integral electrode of this invention in the electrolyte solution produced beforehand It is preferable.

電解液としては、特に制限されるわけではないが、蒸気圧がほぼゼロである、化学的安定性が高い、熱的安定性が高い等の理由により、高温での耐久性がより期待できることから、溶媒としてイオン液体を使用することが好ましい。   The electrolyte is not particularly limited, but it can be expected to be more durable at high temperatures due to its vapor pressure is almost zero, high chemical stability, high thermal stability, etc. It is preferable to use an ionic liquid as the solvent.

このように、溶媒としてイオン液体を使用する場合には、通常の溶媒と比較して、より粘度が高くなるため、電解液中に含まれるヨウ化物イオン(I)及び三ヨウ化物イオン(I )の拡散が遅くなる傾向がある。そのため、イオン液体を使用する場合には、粘度を過度に上昇させすぎない程度に電解質を多く含ませ、酸化還元対であるIとI との交換反応を多く行わせることにより電荷移動させることがより好ましい。 Thus, when an ionic liquid is used as a solvent, the viscosity is higher than that of a normal solvent. Therefore, iodide ions (I ) and triiodide ions (I 3 -) diffusion tends to be late. Therefore, in the case of using an ionic liquid, the charge transfer is carried out by containing a large amount of electrolyte so that the viscosity is not excessively increased and by causing a large number of exchange reactions between the redox couples I and I 3 −. More preferably.

この観点から、電解液としては、ヨウ素及びヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムを含むヨウ化物を含む電解質を含有し、且つ、
(1)前記ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムは、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムを含む、
(2)前記電解液は、前記ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムを3.0モル/リットル以上含む、
(3)前記ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムは、ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムを含む
の少なくとも1つを満たすことが好ましい。
From this point of view, the electrolytic solution contains an electrolyte containing iodide including iodine and 1,3-dialkylimidazolium iodide, and
(1) The 1,3-dialkylimidazolium iodide includes 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide.
(2) The electrolytic solution contains 3.0 mol / liter or more of the 1,3-dialkylimidazolium iodide.
(3) The 1,3-dialkylimidazolium iodide preferably satisfies at least one of 1-methyl-3-propylimidazolium iodide.

<第1の態様>
第1の態様における電解液は、
ヨウ素、ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムを含むヨウ化物及び溶媒を含有する電解液であって、
前記ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムは、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムを含むことが好ましい。
<First aspect>
The electrolyte solution in the first aspect is
An electrolytic solution containing iodine, an iodide containing 1,3-dialkylimidazolium iodide and a solvent,
The 1,3-dialkylimidazolium iodide preferably includes 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide.

電解質
電解液は、電解質として、ヨウ素と、ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムとしてヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムヨウ化物とを含むことが好ましい。
The electrolyte solution preferably contains iodine as an electrolyte and 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide as 1,3-dialkylimidazolium iodide. .

ヨウ素とヨウ化物とは、本発明の電解液中で酸化還元対であるI/I を形成する(I存在下にIを添加することでI が生成する)。 Iodine and iodide form I / I 3 which is a redox couple in the electrolytic solution of the present invention (I 3 is produced by adding I 2 in the presence of I ).

その結果、チタニア伝導帯を下げて色素からチタニアへの電子注入速度をより向上させる効果がある。また、チタニアに注入された電子の輸送をより促進させる効果もある。これにより、短絡電流密度をより向上させ、結果的に光電変換効率をより向上させることができる。   As a result, there is an effect that the titania conduction band is lowered to further improve the electron injection rate from the dye to titania. In addition, there is an effect of further promoting the transport of electrons injected into titania. Thereby, a short circuit current density can be improved more and, as a result, a photoelectric conversion efficiency can be improved more.

本発明では、後述のとおり、イオン液体として、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビスフルオロスルホニルイミドを使用することが好ましい。後述のように、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビスフルオロスルホニルイミドは、高い極性を有しつつも疎水性を有し、水分進入による劣化をより抑制するはたらきがある。また、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビスフルオロスルホニルイミドは、25℃における粘度が19mPa・s程度であり、有機溶媒より粘度が高い(例えば、25℃における粘度が0.378mPa・sであるアセトニトリルの約50倍である)。このため、溶媒として有機溶媒を用いた電解液よりも、ヨウ化物イオン(I)及び三ヨウ化物イオン(I )の移動速度は遅くなる。このため、ヨウ化物イオン(I)及び三ヨウ化物イオン(I )の物理拡散よりも、ヨウ化物イオン(I)及び三ヨウ化物イオン(I )の交換反応による電荷移動を主として行わせるために、溶媒として有機溶媒を用いた電解液と比較し、ヨウ素及びヨウ化物の濃度を高めに設定することが好ましい。 In the present invention, as described later, it is preferable to use 1-ethyl-3-methylimidazolium bisfluorosulfonylimide as the ionic liquid. As will be described later, 1-ethyl-3-methylimidazolium bisfluorosulfonylimide has high polarity and hydrophobicity, and has a function of further suppressing deterioration due to moisture ingress. Further, 1-ethyl-3-methylimidazolium bisfluorosulfonylimide has a viscosity at 25 ° C. of about 19 mPa · s and is higher than that of an organic solvent (for example, the viscosity at 25 ° C. is 0.378 mPa · s). About 50 times that of acetonitrile). For this reason, the moving speed of iodide ion (I ) and triiodide ion (I 3 ) is slower than the electrolytic solution using an organic solvent as a solvent. Thus, iodide ion (I -) and triiodide (I 3 -) than the physical diffusion, iodide ion charge transfer by exchange reaction (I - -) and triiodide (I 3) In order to perform mainly, it is preferable to set the density | concentration of an iodine and an iodide high compared with the electrolyte solution which used the organic solvent as a solvent.

この際、電解質の濃度を単に高くするのではなく、ヨウ化物イオン(I)源として使用しているヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムの合計濃度を高く設定し、ヨウ素の添加量を抑制することで、光の吸収量をより抑制し、イオン伝導度をより高くすることが好ましい。 In this case, the concentration of 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide used as an iodide ion (I ) source is not simply increased. It is preferable to set the concentration high and suppress the amount of iodine added to further suppress the amount of light absorption and increase the ionic conductivity.

このような観点から、電解液中のヨウ素の濃度は、0.1〜10モル/リットル(特に0.2〜5モル/リットル)程度が好ましい。   From such a viewpoint, the concentration of iodine in the electrolytic solution is preferably about 0.1 to 10 mol / liter (particularly 0.2 to 5 mol / liter).

また、電解液中のヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムの濃度は、溶媒1リットルに対して3.0モル以上(特に5〜20モル、さらに7〜15モル)程度が好ましい。この範囲内とすることで、変換効率をより向上させることができる。   The concentration of 1,3-dialkylimidazolium iodide in the electrolytic solution is preferably about 3.0 mol or more (particularly 5 to 20 mol, more preferably 7 to 15 mol) with respect to 1 liter of solvent. By making it within this range, the conversion efficiency can be further improved.

なお、ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムとして電解液中に存在するヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムそれぞれの濃度は、同じでも異なっていてもよく、特に制限されないが、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウムが1.5モル/リットル以上(特に2.5〜10モル/リットル)程度、ヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムが1.5モル/リットル以上(特に2.5〜10モル/リットル)程度が好ましい。   The concentrations of 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide present in the electrolyte as 1,3-dialkylimidazolium iodide may be the same or different. Although not particularly limited, 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide is about 1.5 mol / liter or more (especially 2.5 to 10 mol / liter), and 1,3-dimethylimidazolium iodide is 1 It is preferably about 5 mol / liter or more (particularly 2.5 to 10 mol / liter).

また、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウムとヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムとの濃度の比は、特に制限されないが、共に単独では3モル/リットル以上溶解するのが困難であるが、共存させることで極性溶媒に溶解しやすくなるという理由から、1:9〜9:1(モル比)、特に4:6〜6:4(モル比)が好ましい。   Further, the concentration ratio of 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide to 1,3-dimethylimidazolium iodide is not particularly limited, but it is difficult to dissolve 3 mol / liter or more alone. However, since it becomes easy to melt | dissolve in a polar solvent by making it coexist, 1: 9-9: 1 (molar ratio), Especially 4: 6-6: 4 (molar ratio) are preferable.

なお、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウムとヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムとは常温で固体であり、ともに単独では、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドに対して常温で3M程度までしか溶解しない。しかし、共存下で70℃程度に加熱すれば、3Mより多くの量(例えば30M程度)でも溶解させることができる。また、その後、常温に冷却しても析出することなく、多量に溶解させ続けることが可能である。   It should be noted that 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide are solid at room temperature, and both are independent of 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide. Dissolves only up to about 3M at room temperature. However, if it is heated to about 70 ° C. in the presence of coexistence, it can be dissolved even in an amount larger than 3M (for example, about 30M). Further, it is possible to continue to dissolve in a large amount without precipitation even after cooling to room temperature.

このように、ヨウ化物イオン(I)及び三ヨウ化物イオン(I )の交換反応による電荷移動を主として行わせれば、ヨウ化物イオン(I)及び三ヨウ化物イオン(I )の見かけの拡散速度を、有機溶媒を用いた電解液よりもさらに向上させ、結果的に光電変換効率をさらに向上させることも可能である。 Thus, iodide ion (I -) and triiodide (I 3 -) by exchange reaction if ask performed primarily charge transfer, iodide ion (I -) and triiodide (I 3 -) The apparent diffusion rate can be further improved as compared with the electrolytic solution using an organic solvent, and as a result, the photoelectric conversion efficiency can be further improved.

本発明では、ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムとしては、上記のヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウム以外にも、ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム、ヨウ化1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、ヨウ化1−メチル−3−ヘキシルイミダゾリウム等(好ましくはヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム等)の他のヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムを含ませてもよい。   In the present invention, as 1,3-dialkylimidazolium iodide, in addition to 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide, 1-methyl-3 iodide Other iodides such as 1-butylimidazolium iodide, 1-butyl-3-methylimidazolium iodide, 1-methyl-3-hexylimidazolium iodide (preferably 1-methyl-3-propylimidazolium iodide, etc.) 1,3-dialkylimidazolium may be included.

この際、他のヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムの濃度は、本発明の効果を損ねない程度であればよい。   Under the present circumstances, the density | concentration of other 1, 3- dialkyl imidazolium iodide should just be a grade which does not impair the effect of this invention.

また、本発明では、ヨウ化物として、ヨウ化リチウムを含ませてもよい。   In the present invention, lithium iodide may be included as the iodide.

このヨウ化リチウムを使用することによっても、ヨウ素との間で酸化還元対であるI/I を形成することができるため、よりチタニア伝導帯を下げて色素からチタニアへの電子注入速度をさらに向上させることができる。また、チタニアに注入された電子の輸送をさらに促進させる効果もある。これにより、より短絡電流密度を向上させ、さらに光電変換効率を向上させることができる。 Also by using this lithium iodide, I / I 3 which is a redox pair can be formed with iodine, so that the titania conduction band is further lowered and the electron injection rate from the dye to titania is increased. Can be further improved. It also has the effect of further promoting the transport of electrons injected into titania. Thereby, a short circuit current density can be improved more and a photoelectric conversion efficiency can be improved further.

なお、ヨウ化リチウムの添加により生成するリチウムイオンは、色素増感太陽電池のチタニア負極等に用いられる多孔質チタニアに吸着すると考えられる。   In addition, it is thought that the lithium ion produced | generated by addition of lithium iodide adsorb | sucks to the porous titania used for the titania negative electrode etc. of a dye-sensitized solar cell.

また、色素増感太陽電池の開放電圧を充分に保持して充分な光電変換効率を得る観点から、ヨウ化物イオンIの主な供給源としてはヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウム(特にヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウム)とするのが好ましい。そのため、ヨウ化リチウムの濃度は、ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウム(特にヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウム)と比較して少なくすることが好ましい。 Further, from the viewpoint of sufficiently maintaining the open-circuit voltage of the dye-sensitized solar cell and obtaining sufficient photoelectric conversion efficiency, 1,3-dialkylimidazolium iodide (particularly iodine) is used as a main source of iodide ion I −. 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide). Therefore, the concentration of lithium iodide may be reduced as compared to 1,3-dialkylimidazolium iodide (particularly 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide). preferable.

この観点から、ヨウ化リチウムの濃度は、0.05〜0.3モル/リットル(特に0.1〜0.2モル/リットル)が好ましい。また、ヨウ化リチウムとヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムとの濃度比は、1:30〜1:300(モル比)、特に1:60〜1:200(モル比)、さらに1:70〜1:120(モル比)が好ましい。   From this viewpoint, the concentration of lithium iodide is preferably 0.05 to 0.3 mol / liter (particularly 0.1 to 0.2 mol / liter). The concentration ratio of lithium iodide to 1,3-dialkylimidazolium iodide is 1:30 to 1: 300 (molar ratio), particularly 1:60 to 1: 200 (molar ratio), and further 1:70. ˜1: 120 (molar ratio) is preferred.

イオン液体
イオン液体は、一般に吸水性が高く、ゲル化しても水分との親和性はもとのイオン液体の特性に大きく依存するところ、電解質ゲルへの水分侵入を抑制してより光電変換効率を向上させる観点から、溶媒として使用するイオン液体としては、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドが好ましい。1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドの融点は−14℃、25℃における粘度は19mPa・sであり、疎水性である。
Ionic liquids Ionic liquids generally have high water absorption, and even if they are gelled, the affinity for moisture greatly depends on the characteristics of the original ionic liquid. From the viewpoint of improvement, 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide is preferable as the ionic liquid used as the solvent. 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide has a melting point of −14 ° C. and a viscosity at 25 ° C. of 19 mPa · s, and is hydrophobic.

この1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドの25℃における粘度は、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオンを有するイオン液体の中では低い部類で、従来から使用されている、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムチオシアネート(23.1mPa・S;融点は−50℃)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド(28mPa・S;融点は−16℃)等よりも低い値であり、ヨウ化物イオン(I)及び三ヨウ化物イオン(I )が拡散しやすいという面で有利である。 This 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide has a low viscosity at 25 ° C. among ionic liquids having a 1-ethyl-3-methylimidazolium cation. Than ethyl-3-methylimidazolium thiocyanate (23.1 mPa · S; melting point −50 ° C.), 1-ethyl-3-methylimidazolium bistrifluoromethanesulfonylimide (28 mPa · S; melting point −16 ° C.), etc. This is a low value, and is advantageous in that iodide ions (I ) and triiodide ions (I 3 ) are easily diffused.

また、1−メチル−3−イミダゾリウムテトラシアノボレートは25℃における粘度は20mPa・Sと1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドとほぼ同程度であるが、融点が13℃であり、冬場など温度が低い環境では、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメタンスルホニルイミドのほうがより好ましい。さらに、テトラシアノボレートアニオン(B(CN) )が、ヨウ化物イオン(I)及び三ヨウ化物イオン(I )の移動を阻害する可能性があるため、短絡電流密度(Jsc)、変換効率及び高温耐久性の観点から、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメタンスルホニルイミドのほうがより好ましい。 1-methyl-3-imidazolium tetracyanoborate has a viscosity at 25 ° C. of 20 mPa · S and approximately the same as 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide, but has a melting point of 13 ° C. In low temperature environments such as winter, 1-ethyl-3-methylimidazolium bistrifluoromethanesulfonylimide is more preferable. Furthermore, since the tetracyanoborate anion (B (CN) 4 ) may inhibit the movement of iodide ions (I ) and triiodide ions (I 3 ), the short circuit current density (Jsc) From the viewpoint of conversion efficiency and high temperature durability, 1-ethyl-3-methylimidazolium bistrifluoromethanesulfonylimide is more preferable.

また、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビスフルオロスルホニルイミドは疎水性を有することから、水分進入による性能劣化をより効率的に抑制することができる。   Moreover, since 1-ethyl-3-methylimidazolium bisfluorosulfonylimide has hydrophobicity, performance deterioration due to moisture ingress can be more efficiently suppressed.

なお、溶媒としては、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドと有機溶媒又は他のイオン液体との混合溶媒とすることも考えられる。しかし、高温耐久性及び安定性を考慮すると、蒸気圧を有する有機溶媒との混合溶媒とすることや、カチオン及びアニオンの種類を増加させることになる他のイオン液体との混合溶媒とすること等と比較すると、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドを単独で使用することが好ましい。   As a solvent, it is also conceivable to use a mixed solvent of 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide and an organic solvent or other ionic liquid. However, considering high temperature durability and stability, it can be a mixed solvent with an organic solvent having a vapor pressure, or a mixed solvent with other ionic liquids that will increase the types of cations and anions, etc. It is preferable to use 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide alone.

その他の成分
電解液には、上記した成分以外にも、塩基性物質、例えば、4−ターシャルブチルピリジン、N−メチルベンズイミダゾール等を含有させることもできる。これらの塩基性物質を含有させれば、光電変換素子を作製した際に、チタニア電極のチタニア表面に吸着し、チタニア電極からの逆電子移動を防ぐことができ、開放電圧をより向上させるとともに、光電変換効率をより向上させることができる。
In addition to the above-described components, the other component electrolyte solution may contain a basic substance such as 4-tertiarybutylpyridine, N-methylbenzimidazole, and the like. When these basic substances are contained, when the photoelectric conversion element is produced, it is adsorbed on the titania surface of the titania electrode, can prevent reverse electron transfer from the titania electrode, and further improve the open-circuit voltage, Photoelectric conversion efficiency can be further improved.

また、チタニアに吸着した増感色素を脱離させないため、電解液中の塩基性物質の添加量は、0.01〜1モル/リットル程度とすることが好ましい。特に、金属錯体色素を使用する場合は、0.1〜1.0モル/リットル程度、特に0.3〜0.8モル/リットル程度が好ましい。また、有機色素を使用する場合は、0.01〜0.1モル/リットル程度、特に0.03〜0.08モル/リットル程度が好ましい。   Further, in order not to desorb the sensitizing dye adsorbed on titania, the addition amount of the basic substance in the electrolytic solution is preferably about 0.01 to 1 mol / liter. In particular, when a metal complex dye is used, it is preferably about 0.1 to 1.0 mol / liter, particularly about 0.3 to 0.8 mol / liter. Moreover, when using an organic pigment | dye, about 0.01-0.1 mol / liter, especially about 0.03-0.08 mol / liter are preferable.

他にも、本発明で使用する電解液には、上述のヨウ化リチウムと同様に、チタニアの伝導帯を下げて色素からチタニアへの電子注入速度を向上させる効果のあるグアニジンチオシアネート等も添加することができる。この場合、これらの添加量は、0.1〜1.0モル/リットル程度とすればよい。   In addition, guanidine thiocyanate, which has the effect of lowering the titania conduction band and improving the electron injection rate from the dye to titania, is added to the electrolytic solution used in the present invention, as in the case of the above-described lithium iodide. be able to. In this case, the addition amount of these may be about 0.1 to 1.0 mol / liter.

なお、本発明で使用する電解液においては、上記成分以外にも、粘度調整剤(ポリエチレングリコール等)や脱水剤(ゼオライト、シリカゲル等)等を、本発明の効果を損なわない範囲内で含ませることができる。   In addition, in the electrolyte solution used in the present invention, in addition to the above components, a viscosity modifier (polyethylene glycol, etc.), a dehydrating agent (zeolite, silica gel, etc.) and the like are included within a range that does not impair the effects of the present invention. be able to.

<第2の態様>
本発明で使用する第2の態様における電解液は、
ヨウ素、ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムを含むヨウ化物及び溶媒を含有する電解液であって、
前記ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムを3.0モル/リットル以上含むことが好ましい。
<Second aspect>
The electrolyte solution in the second aspect used in the present invention is:
An electrolytic solution containing iodine, an iodide containing 1,3-dialkylimidazolium iodide and a solvent,
It is preferable to contain 3.0 mol / liter or more of the 1,3-dialkylimidazolium iodide.

電解質
電解液は、電解質として、ヨウ素と、ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムとを含むことが好ましい。
The electrolyte solution preferably contains iodine and 1,3-dialkylimidazolium iodide as an electrolyte.

ヨウ素とヨウ化物とは、本発明の電解液中で酸化還元対であるI/I を形成する(I存在下にIを添加することでI が生成する)。 Iodine and iodide form I / I 3 which is a redox couple in the electrolytic solution of the present invention (I 3 is produced by adding I 2 in the presence of I ).

その結果、チタニア伝導帯を下げて色素からチタニアへの電子注入速度をより向上させる効果がある。また、チタニアに注入された電子の輸送をより促進させる効果もある。これにより、短絡電流密度をより向上させ、結果的に光電変換効率をより向上させることができる。   As a result, there is an effect that the titania conduction band is lowered to further improve the electron injection rate from the dye to titania. In addition, there is an effect of further promoting the transport of electrons injected into titania. Thereby, a short circuit current density can be improved more and, as a result, a photoelectric conversion efficiency can be improved more.

ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムとしては、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、ヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウム、ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム、ヨウ化1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、ヨウ化1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、ヨウ化1−メチル−3−ヘキシルイミダゾリウム等が好ましい。   Examples of the 1,3-dialkylimidazolium iodide include 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide, 1,3-dimethylimidazolium iodide, 1-methyl-3-propylimidazolium iodide, and 1-iodide iodide. Butyl-3-methylimidazolium, 1-butyl-3-methylimidazolium iodide, 1-methyl-3-hexylimidazolium iodide and the like are preferable.

これらのなかでも、高温耐久性の観点から、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムが好ましい。   Among these, 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide are preferable from the viewpoint of high temperature durability.

ただし、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウムとヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムとは常温で固体であり、ともに単独では、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドに対して常温で3M程度までしか溶解しない。しかし、70℃程度に加熱すれば、3Mより多くの量(例えば30M程度)でも溶解させることができる。また、その後、常温に冷却しても析出することなく、多量に溶解させ続けることが可能である。   However, 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide are solid at room temperature, and both are independent of 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide. Dissolves only up to about 3M at room temperature. However, if it is heated to about 70 ° C., it can be dissolved even in an amount larger than 3M (for example, about 30M). Further, it is possible to continue to dissolve in a large amount without precipitation even after cooling to room temperature.

一方、ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムは常温で液体であるため、そのまま電解液中に多量に含ませることができる。このことから、ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムとして、ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムを採用してもよい。当然のことながら、ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムを上述のヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムと併用してもよい。   On the other hand, 1-methyl-3-propylimidazolium iodide is liquid at room temperature, and can be contained in a large amount in the electrolytic solution as it is. For this reason, 1-methyl-3-propylimidazolium iodide may be employed as the 1,3-dialkylimidazolium iodide. Of course, 1-methyl-3-propylimidazolium iodide may be used in combination with 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide.

本発明では、後述のとおり、イオン液体として、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビスフルオロスルホニルイミドを使用することが好ましい。後述のように、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビスフルオロスルホニルイミドは、高い極性を有しつつも疎水性を有し、水分進入による劣化をより抑制するはたらきがある。また、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビスフルオロスルホニルイミドは、25℃における粘度が19mPa・s程度であり、有機溶媒より粘度が高い(例えば、25℃における粘度が0.378mPa・sであるアセトニトリルの約50倍である)。本発明の電解質ゲルにおいては、ゲル化しているためさらに粘度が高くなる。このため、溶媒として有機溶媒を用いた電解液よりも、ヨウ化物イオン(I)及び三ヨウ化物イオン(I )の移動速度は遅くなる。このため、ヨウ化物イオン(I)及び三ヨウ化物イオン(I )の物理拡散よりも、ヨウ化物イオン(I)及び三ヨウ化物イオン(I )の交換反応による電荷移動を主として行わせるために、溶媒として有機溶媒を用いた電解液と比較し、ヨウ素及びヨウ化物の濃度を高めに設定することが好ましい。 In the present invention, as described later, it is preferable to use 1-ethyl-3-methylimidazolium bisfluorosulfonylimide as the ionic liquid. As will be described later, 1-ethyl-3-methylimidazolium bisfluorosulfonylimide has high polarity and hydrophobicity, and has a function of further suppressing deterioration due to moisture ingress. Further, 1-ethyl-3-methylimidazolium bisfluorosulfonylimide has a viscosity at 25 ° C. of about 19 mPa · s and is higher than that of an organic solvent (for example, the viscosity at 25 ° C. is 0.378 mPa · s). About 50 times that of acetonitrile). In the electrolyte gel of the present invention, since it is gelled, the viscosity is further increased. For this reason, the moving speed of iodide ion (I ) and triiodide ion (I 3 ) is slower than the electrolytic solution using an organic solvent as a solvent. Thus, iodide ion (I -) and triiodide (I 3 -) than the physical diffusion, iodide ion charge transfer by exchange reaction (I - -) and triiodide (I 3) In order to perform mainly, it is preferable to set the density | concentration of an iodine and an iodide high compared with the electrolyte solution which used the organic solvent as a solvent.

この際、電解質の濃度を単に高くするのではなく、ヨウ化物イオン(I)源として使用しているヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムの濃度を高く設定し、ヨウ素の添加量を抑制することで、光の吸収量をより抑制し、イオン伝導度をより高くすることができる。 At this time, the concentration of 1,3-dialkylimidazolium iodide used as an iodide ion (I ) source is set high to suppress the amount of iodine added, rather than simply increasing the concentration of the electrolyte. Thus, the amount of light absorption can be further suppressed, and the ionic conductivity can be further increased.

このような観点から、ヨウ素の濃度は、0.1〜10モル/リットル(特に0.2〜5モル/リットル)程度が好ましい。   From such a viewpoint, the concentration of iodine is preferably about 0.1 to 10 mol / liter (particularly 0.2 to 5 mol / liter).

また、ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムの濃度は、溶媒1リットルに対して3.0モル(特に5〜20モル、さらに7〜15モル)程度が好ましい。この範囲内とすることで、変換効率をより向上させることができる。   The concentration of 1,3-dialkylimidazolium iodide is preferably about 3.0 mol (especially 5 to 20 mol, more preferably 7 to 15 mol) with respect to 1 liter of solvent. By making it within this range, the conversion efficiency can be further improved.

なお、ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムとしてヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムを使用する場合、電解液中に存在するヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムそれぞれの濃度は、同じでも異なっていてもよく、特に制限されないが、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウムが1.5モル/リットル以上(特に2.5〜10モル/リットル)程度、ヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムが1.5モル/リットル以上(特に2.5〜10モル/リットル)程度が好ましい。   When 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide are used as 1,3-dialkylimidazolium iodide, 1-ethyl iodide iodide present in the electrolytic solution is used. The concentrations of 3-methylimidazolium and 1,3-dimethylimidazolium iodide may be the same or different, and are not particularly limited. However, 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide is 1.5 mol / mol. It is preferably about 1 liter or more (especially about 2.5 to 10 mol / liter) and 1,3-dimethylimidazolium iodide is about 1.5 mol / liter or more (particularly about 2.5 to 10 mol / liter).

また、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウムとヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムとを使用する場合、その濃度の比は、特に制限されないが、共に単独では3モル/リットル以上溶解するのが困難であるが、共存させることで極性溶媒に溶解しやすいという理由から、1:9〜9:1(モル比)、特に4:6〜6:4(モル比)が好ましい。   Further, when 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide are used, the ratio of the concentrations is not particularly limited, but both of them are dissolved alone at 3 mol / liter or more. However, it is preferably 1: 9 to 9: 1 (molar ratio), particularly 4: 6 to 6: 4 (molar ratio) because it is easily dissolved in a polar solvent by coexistence.

ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムを上述のヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムと併用する場合には、合計で、ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムの濃度が3モル/リットル以上(特に5〜20モル/リットル)程度となるように設定すればよい。ただし、高温耐久性を維持する観点から、ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムの添加量は、0.1〜5モル/リットル(特に0.1〜3モル/リットル)程度とすることが好ましい。   When 1-methyl-3-propylimidazolium iodide is used in combination with the aforementioned 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide, a total of 1,3 iodide What is necessary is just to set so that the density | concentration of dialkyl imidazolium may be about 3 mol / liter or more (especially 5-20 mol / liter) grade. However, from the viewpoint of maintaining high-temperature durability, the addition amount of 1-methyl-3-propylimidazolium iodide should be about 0.1 to 5 mol / liter (particularly 0.1 to 3 mol / liter). Is preferred.

また、本発明では、ヨウ化物として、ヨウ化リチウムを含ませてもよい。   In the present invention, lithium iodide may be included as the iodide.

このヨウ化リチウムを使用することによっても、ヨウ素との間で酸化還元対であるI/I を形成することができるため、よりチタニア伝導帯を下げて色素からチタニアへの電子注入速度をさらに向上させることができる。また、チタニアに注入された電子の輸送をさらに促進させる効果もある。これにより、より短絡電流密度を向上させ、さらに光電変換効率を向上させることができる。 Also by using this lithium iodide, I / I 3 which is a redox pair can be formed with iodine, so that the titania conduction band is further lowered and the electron injection rate from the dye to titania is increased. Can be further improved. It also has the effect of further promoting the transport of electrons injected into titania. Thereby, a short circuit current density can be improved more and a photoelectric conversion efficiency can be improved further.

なお、ヨウ化リチウムの添加により生成するリチウムイオンは、色素増感太陽電池のチタニア負極等に用いられる多孔質チタニアに吸着すると考えられる。   In addition, it is thought that the lithium ion produced | generated by addition of lithium iodide adsorb | sucks to the porous titania used for the titania negative electrode etc. of a dye-sensitized solar cell.

また、色素増感太陽電池の開放電圧を充分に保持して充分な光電変換効率を得る観点から、ヨウ化物イオンIの主な供給源としてはヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムとするのが好ましい。そのため、ヨウ化リチウムの濃度は、ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムと比較して少なくすることが好ましい。 Further, from the viewpoint of obtaining sufficient photoelectric conversion efficiency by sufficiently maintaining the open-circuit voltage of the dye-sensitized solar cell, 1,3-dialkylimidazolium iodide is used as the main source of iodide ion I . Is preferred. Therefore, it is preferable to reduce the concentration of lithium iodide as compared with 1,3-dialkylimidazolium iodide.

この観点から、ヨウ化リチウムの濃度は、0.05〜0.3モル/リットル(特に0.1〜0.2モル/リットル)が好ましい。また、ヨウ化リチウムとヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムとの濃度比は、1:30〜1:300(モル比)、特に1:60〜1:200(モル比)、さらに1:70〜1:120(モル比)が好ましい。   From this viewpoint, the concentration of lithium iodide is preferably 0.05 to 0.3 mol / liter (particularly 0.1 to 0.2 mol / liter). The concentration ratio of lithium iodide to 1,3-dialkylimidazolium iodide is 1:30 to 1: 300 (molar ratio), particularly 1:60 to 1: 200 (molar ratio), and further 1:70. ˜1: 120 (molar ratio) is preferred.

イオン液体
イオン液体は、一般に吸水性が高く、ゲル化しても水分との親和性はもとのイオン液体の特性に大きく依存するところ、電解質ゲルへの水分侵入を抑制してより光電変換効率を向上させる観点から、溶媒として使用するイオン液体としては、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドを使用することが好ましい。1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドの融点は−14℃、25℃における粘度は19mPa・sであり、疎水性である。
Ionic liquids Ionic liquids generally have high water absorption, and even if they are gelled, the affinity for moisture greatly depends on the characteristics of the original ionic liquid. From the viewpoint of improvement, it is preferable to use 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide as the ionic liquid used as the solvent. 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide has a melting point of −14 ° C. and a viscosity at 25 ° C. of 19 mPa · s, and is hydrophobic.

この1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドの25℃における粘度は、1−エチル−3-メチルイミダゾリウムカチオンを有するイオン液体の中では低い部類で、従来から使用されている、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムチオシアネート(23.1mPa・S;融点は−50℃)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド(28mPa・S;融点は−16℃)等よりも低い値であり、ヨウ化物イオン(I)及び三ヨウ化物イオン(I )が拡散しやすいという面で有利である。 This 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide has a low viscosity at 25 ° C. among ionic liquids having a 1-ethyl-3-methylimidazolium cation. Than ethyl-3-methylimidazolium thiocyanate (23.1 mPa · S; melting point −50 ° C.), 1-ethyl-3-methylimidazolium bistrifluoromethanesulfonylimide (28 mPa · S; melting point −16 ° C.), etc. This is a low value, and is advantageous in that iodide ions (I ) and triiodide ions (I 3 ) are easily diffused.

また、1−メチル−3−イミダゾリウムテトラシアノボレートは25℃における粘度は20mPa・Sと1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドとほぼ同程度であるが、融点が13℃であり、冬場など温度が低い環境では、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメタンスルホニルイミドのほうがより好ましい。さらに、テトラシアノボレートアニオン(B(CN) )が、ヨウ化物イオン(I)及び三ヨウ化物イオン(I )の移動を阻害する可能性があるため、短絡電流密度(Jsc)、変換効率及び高温耐久性の観点から、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメタンスルホニルイミドのほうがより好ましい。 1-methyl-3-imidazolium tetracyanoborate has a viscosity at 25 ° C. of 20 mPa · S and approximately the same as 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide, but has a melting point of 13 ° C. In low temperature environments such as winter, 1-ethyl-3-methylimidazolium bistrifluoromethanesulfonylimide is more preferable. Furthermore, since the tetracyanoborate anion (B (CN) 4 ) may inhibit the movement of iodide ions (I ) and triiodide ions (I 3 ), the short circuit current density (Jsc) From the viewpoint of conversion efficiency and high temperature durability, 1-ethyl-3-methylimidazolium bistrifluoromethanesulfonylimide is more preferable.

また、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビスフルオロスルホニルイミドは疎水性を有することから、水分進入による性能劣化をより効率的に抑制することができる。   Moreover, since 1-ethyl-3-methylimidazolium bisfluorosulfonylimide has hydrophobicity, performance deterioration due to moisture ingress can be more efficiently suppressed.

なお、溶媒としては、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドと有機溶媒又は他のイオン液体との混合溶媒とすることも考えられる。しかし、高温耐久性及び安定性を考慮すると、蒸気圧を有する有機溶媒との混合溶媒とすることや、カチオン及びアニオンの種類を増加させることになる他のイオン液体との混合溶媒とすること等と比較すると、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドを単独で使用することが好ましい。   As a solvent, it is also conceivable to use a mixed solvent of 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide and an organic solvent or other ionic liquid. However, considering high temperature durability and stability, it can be a mixed solvent with an organic solvent having a vapor pressure, or a mixed solvent with other ionic liquids that will increase the types of cations and anions, etc. It is preferable to use 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide alone.

その他の成分
本発明で使用する電解液には、上記した成分以外にも、塩基性物質、例えば、4−ターシャルブチルピリジン、N−メチルベンズイミダゾール等を含有させることもできる。これらの塩基性物質を含有させれば、光電変換素子を作製した際に、チタニア電極のチタニア表面に吸着し、チタニア電極からの逆電子移動を防ぐことができ、開放電圧をより向上させるとともに、光電変換効率をより向上させることができる。
Other Components In addition to the components described above, the electrolytic solution used in the present invention may contain a basic substance such as 4-tertbutylpyridine, N-methylbenzimidazole and the like. When these basic substances are contained, when the photoelectric conversion element is produced, it is adsorbed on the titania surface of the titania electrode, can prevent reverse electron transfer from the titania electrode, and further improve the open-circuit voltage, Photoelectric conversion efficiency can be further improved.

また、チタニアに吸着した増感色素を脱離させないため、電解液中の塩基性物質の添加量は、0.01〜1モル/リットル程度とすることが好ましい。特に、金属錯体色素を使用する場合は、0.1〜1.0モル/リットル程度、特に0.3〜0.8モル/リットル程度が好ましい。また、有機色素を使用する場合は、0.01〜0.1モル/リットル程度、特に0.03〜0.08モル/リットル程度が好ましい。   Further, in order not to desorb the sensitizing dye adsorbed on titania, the addition amount of the basic substance in the electrolytic solution is preferably about 0.01 to 1 mol / liter. In particular, when a metal complex dye is used, it is preferably about 0.1 to 1.0 mol / liter, particularly about 0.3 to 0.8 mol / liter. Moreover, when using an organic pigment | dye, about 0.01-0.1 mol / liter, especially about 0.03-0.08 mol / liter are preferable.

他にも、本発明で使用する電解液には、上述のヨウ化リチウムと同様に、チタニアの伝導帯を下げて色素からチタニアへの電子注入速度を向上させる効果のあるグアニジンチオシアネート等も添加することができる。この場合、これらの添加量は、0.1〜1.0モル/リットル程度とすればよい。   In addition, guanidine thiocyanate, which has the effect of lowering the titania conduction band and improving the electron injection rate from the dye to titania, is added to the electrolytic solution used in the present invention, as in the case of the above-described lithium iodide. be able to. In this case, the addition amount of these may be about 0.1 to 1.0 mol / liter.

なお、本発明で使用する電解液においては、上記成分以外にも、粘度調整剤(ポリエチレングリコール等)や脱水剤(ゼオライト、シリカゲル等)等を、本発明の効果を損なわない範囲内で含ませることができる。   In addition, in the electrolyte solution used in the present invention, in addition to the above components, a viscosity modifier (polyethylene glycol, etc.), a dehydrating agent (zeolite, silica gel, etc.) and the like are included within a range that does not impair the effects of the present invention. be able to.

<第3の態様>
本発明で使用する第3の態様における電解液は、
ヨウ素、ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムを含むヨウ化物及び溶媒を含有する電解液であって、
前記ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムは、ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムを含むことが好ましい。
<Third Aspect>
The electrolyte solution in the third aspect used in the present invention is:
An electrolytic solution containing iodine, an iodide containing 1,3-dialkylimidazolium iodide and a solvent,
The 1,3-dialkylimidazolium iodide preferably includes 1-methyl-3-propylimidazolium iodide.

電解質
電解液は、電解質として、ヨウ素と、ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムとしてヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムとを含む。
The electrolyte solution contains iodine as an electrolyte and 1-methyl-3-propylimidazolium iodide as 1,3-dialkylimidazolium iodide.

ヨウ素とヨウ化物とは、本発明の電解液中で酸化還元対であるI/I を形成する(I存在下にIを添加することでI が生成する)。 Iodine and iodide form I / I 3 which is a redox couple in the electrolytic solution of the present invention (I 3 is produced by adding I 2 in the presence of I ).

その結果、チタニア伝導帯を下げて色素からチタニアへの電子注入速度をより向上させる効果がある。また、チタニアに注入された電子の輸送をより促進させる効果もある。これにより、短絡電流密度をより向上させ、結果的に光電変換効率をより向上させることができる。   As a result, there is an effect that the titania conduction band is lowered to further improve the electron injection rate from the dye to titania. In addition, there is an effect of further promoting the transport of electrons injected into titania. Thereby, a short circuit current density can be improved more and, as a result, a photoelectric conversion efficiency can be improved more.

本発明では、後述のとおり、イオン液体として、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビスフルオロスルホニルイミドを使用することが好ましい。後述のように、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビスフルオロスルホニルイミドは、高い極性を有しつつも疎水性を有し、水分進入による劣化をより抑制するはたらきがある。また、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビスフルオロスルホニルイミドは、25℃における粘度が19mPa・s程度であり、有機溶媒より粘度が高い(例えば、25℃における粘度が0.378mPa・sであるアセトニトリルの約50倍である)。このため、溶媒として有機溶媒を用いた電解液よりも、ヨウ化物イオン(I)及び三ヨウ化物イオン(I )の物理拡散よりも、ヨウ化物イオン(I)及び三ヨウ化物イオン(I )の交換反応による電荷移動を主として行わせるために、溶媒として有機溶媒を用いた電解液と比較し、ヨウ素及びヨウ化物の濃度を高めに設定することが好ましい。 In the present invention, as described later, it is preferable to use 1-ethyl-3-methylimidazolium bisfluorosulfonylimide as the ionic liquid. As will be described later, 1-ethyl-3-methylimidazolium bisfluorosulfonylimide has high polarity and hydrophobicity, and has a function of further suppressing deterioration due to moisture ingress. Further, 1-ethyl-3-methylimidazolium bisfluorosulfonylimide has a viscosity at 25 ° C. of about 19 mPa · s and is higher than that of an organic solvent (for example, the viscosity at 25 ° C. is 0.378 mPa · s). About 50 times that of acetonitrile). Therefore, than the electrolytic solution using an organic solvent as a solvent, iodide ion than the physical diffusion, iodide ion (I - -) and triiodide (I 3) (I -) and triiodide In order to mainly perform charge transfer by the exchange reaction of (I 3 ), it is preferable to set the concentrations of iodine and iodide higher than the electrolytic solution using an organic solvent as a solvent.

この際、電解質の濃度を単に高くするのではなく、ヨウ化物イオン(I)源として使用しているヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムの濃度を高く設定し、ヨウ素の添加量を抑制することで、光の吸収量をより抑制し、イオン伝導度をより高くすることが好ましい。 At this time, the concentration of 1-methyl-3-propylimidazolium iodide used as an iodide ion (I ) source is set high and the amount of iodine added is not simply increased. By suppressing, it is preferable to further suppress the amount of light absorption and further increase the ionic conductivity.

このような観点から、電解液中のヨウ素の濃度は、0.1〜10モル/リットル(特に0.2〜5モル/リットル)程度が好ましい。   From such a viewpoint, the concentration of iodine in the electrolytic solution is preferably about 0.1 to 10 mol / liter (particularly 0.2 to 5 mol / liter).

また、添加するヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウム(特にヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムをヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムに対して加える濃度は、ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム自身の6Mに対して、ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム1リットルに対する濃度とした)の濃度は、1モル/リットル以上(特に3〜9モル/リットル)程度が好ましい。この範囲内とすることで、変換効率をより向上させることができる。   Further, 1,3-dialkylimidazolium iodide to be added (especially 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide to 1-methyl-3-propylimidazolium iodide) The concentration of 1-methyl-3-propylimidazolium iodide itself is 6M with respect to 1 liter of 1-methyl-3-propylimidazolium iodide). (Especially 3-9 mol / liter) is preferable. By making it within this range, the conversion efficiency can be further improved.

なお、ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムは常温で液体であるため、そのまま電解液中に多量に含ませることができる。   Since 1-methyl-3-propylimidazolium iodide is a liquid at room temperature, it can be contained in a large amount in the electrolyte as it is.

本発明では、ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムとしては、上記のヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム以外にも、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、ヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウム、ヨウ化1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、ヨウ化1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、ヨウ化1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、ヨウ化1−メチル−3−ヘキシルイミダゾリウム等(好ましくはヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウム)の他のヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムを含ませてもよい。   In the present invention, as 1,3-dialkylimidazolium iodide, besides 1-methyl-3-propylimidazolium iodide, 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide, 1,3 iodide -Dimethylimidazolium, 1-butyl-3-methylimidazolium iodide, 1-butyl-3-methylimidazolium iodide, 1-butyl-3-methylimidazolium iodide, 1-methyl-3-hexyl iodide Other 1,3-dialkylimidazolium iodides such as imidazolium (preferably 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide) may be included.

ただし、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウムとヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムとは常温で固体であり、ともに単独では、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドに対して常温で3M程度までしか溶解しない。しかし、70℃程度に加熱すれば、3Mより多くの量(例えば30M程度)でも溶解させることができる。また、その後、常温に冷却しても析出することなく、多量に溶解させ続けることが可能である。   However, 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide are solid at room temperature, and both are independent of 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide. Dissolves only up to about 3M at room temperature. However, if it is heated to about 70 ° C., it can be dissolved even in an amount larger than 3M (for example, about 30M). Further, it is possible to continue to dissolve in a large amount without precipitation even after cooling to room temperature.

この際、他のヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムの濃度は、上記のヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムと合計で、ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムの濃度が3モル/リットル以上(特に5〜20モル/リットル)程度となるように設定することが好ましい。ただし、高温耐久性を維持する観点から、他のヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムの添加量は、0.1〜5モル/リットル(特に0.1〜3モル/リットル)程度とすることが好ましい。   At this time, the concentration of other 1,3-dialkylimidazolium iodide was the same as that of 1-methyl-3-propylimidazolium iodide, and the concentration of 1,3-dialkylimidazolium iodide was 3 mol / It is preferable to set so as to be about liter or more (particularly 5 to 20 mol / liter). However, from the viewpoint of maintaining high temperature durability, the amount of other 1,3-dialkylimidazolium iodide added should be about 0.1 to 5 mol / liter (particularly 0.1 to 3 mol / liter). Is preferred.

また、本発明では、ヨウ化物として、ヨウ化リチウムを含ませてもよい。   In the present invention, lithium iodide may be included as the iodide.

このヨウ化リチウムを使用することによっても、ヨウ素との間で酸化還元対であるI/I を形成することができるため、よりチタニア伝導帯を下げて色素からチタニアへの電子注入速度をさらに向上させることができる。また、チタニアに注入された電子の輸送をさらに促進させる効果もある。これにより、より短絡電流密度を向上させ、さらに光電変換効率を向上させることができる。 Also by using this lithium iodide, I / I 3 which is a redox pair can be formed with iodine, so that the titania conduction band is further lowered and the electron injection rate from the dye to titania is increased. Can be further improved. It also has the effect of further promoting the transport of electrons injected into titania. Thereby, a short circuit current density can be improved more and a photoelectric conversion efficiency can be improved further.

なお、ヨウ化リチウムの添加により生成するリチウムイオンは、色素増感太陽電池のチタニア負極等に用いられる多孔質チタニアに吸着すると考えられる。   In addition, it is thought that the lithium ion produced | generated by addition of lithium iodide adsorb | sucks to the porous titania used for the titania negative electrode etc. of a dye-sensitized solar cell.

また、色素増感太陽電池の開放電圧を充分に保持して充分な光電変換効率を得る観点から、ヨウ化物イオンIの主な供給源としてはヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウム(特にヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム)とするのが好ましい。そのため、ヨウ化リチウムの濃度は、ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウム(特にヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム)と比較して少なくすることが好ましい。 Further, from the viewpoint of sufficiently maintaining the open-circuit voltage of the dye-sensitized solar cell and obtaining sufficient photoelectric conversion efficiency, 1,3-dialkylimidazolium iodide (particularly iodine) is used as a main source of iodide ion I −. 1-methyl-3-propylimidazolium). Therefore, it is preferable to reduce the concentration of lithium iodide as compared with 1,3-dialkylimidazolium iodide (particularly 1-methyl-3-propylimidazolium iodide).

この観点から、ヨウ化リチウムの濃度は、0.05〜0.3モル/リットル(特に0.1〜0.2モル/リットル)が好ましい。また、ヨウ化リチウムとヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムとの濃度比は、1:30〜1:300(モル比)、特に1:60〜1:200(モル比)、さらに1:70〜1:120(モル比)が好ましい。   From this viewpoint, the concentration of lithium iodide is preferably 0.05 to 0.3 mol / liter (particularly 0.1 to 0.2 mol / liter). The concentration ratio of lithium iodide to 1,3-dialkylimidazolium iodide is 1:30 to 1: 300 (molar ratio), particularly 1:60 to 1: 200 (molar ratio), and further 1:70. ˜1: 120 (molar ratio) is preferred.

イオン液体
イオン液体は、一般に吸水性が高く、ゲル化しても水分との親和性はもとのイオン液体の特性に大きく依存するところ、電解質ゲルへの水分侵入を抑制してより光電変換効率を向上させる観点から、溶媒として使用するイオン液体としては、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドを使用することが好ましい。1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドの融点は−14℃、25℃における粘度は19mPa・sであり、疎水性である。
Ionic liquids Ionic liquids generally have high water absorption, and even if they are gelled, the affinity for moisture greatly depends on the characteristics of the original ionic liquid. From the viewpoint of improvement, it is preferable to use 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide as the ionic liquid used as the solvent. 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide has a melting point of −14 ° C. and a viscosity at 25 ° C. of 19 mPa · s, and is hydrophobic.

この1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドの25℃における粘度は、1−エチル−3-メチルイミダゾリウムカチオンを有するイオン液体の中では低い部類で、従来から使用されている、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムチオシアネート(23.1mPa・S;融点は−50℃)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド(28mPa・S;融点は−16℃)等よりも低い値であり、ヨウ化物イオン(I)及び三ヨウ化物イオン(I )が拡散しやすいという面で有利である。 This 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide has a low viscosity at 25 ° C. among ionic liquids having a 1-ethyl-3-methylimidazolium cation. Than ethyl-3-methylimidazolium thiocyanate (23.1 mPa · S; melting point −50 ° C.), 1-ethyl-3-methylimidazolium bistrifluoromethanesulfonylimide (28 mPa · S; melting point −16 ° C.), etc. This is a low value, and is advantageous in that iodide ions (I ) and triiodide ions (I 3 ) are easily diffused.

また、1−メチル−3−イミダゾリウムテトラシアノボレートは25℃における粘度は20mPa・Sと1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドとほぼ同程度であるが、融点が13℃であり、冬場など温度が低い環境では、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドのほうがより好ましい。さらに、テトラシアノボレートアニオン(B(CN) )が、ヨウ化物イオン(I)及び三ヨウ化物イオン(I )の移動を阻害する可能性があるため、短絡電流密度、変換効率及び高温耐久性の観点から、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドのほうがより好ましい。 1-methyl-3-imidazolium tetracyanoborate has a viscosity at 25 ° C. of 20 mPa · S and approximately the same as 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide, but has a melting point of 13 ° C. In an environment where the temperature is low, such as in winter, 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide is more preferable. Furthermore, since the tetracyanoborate anion (B (CN) 4 ) may inhibit the migration of iodide ions (I ) and triiodide ions (I 3 ), the short-circuit current density and conversion efficiency From the viewpoint of high temperature durability, 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide is more preferable.

また、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビスフルオロスルホニルイミドは疎水性を有することから、水分進入による性能劣化をより効率的に抑制することができる。   Moreover, since 1-ethyl-3-methylimidazolium bisfluorosulfonylimide has hydrophobicity, performance deterioration due to moisture ingress can be more efficiently suppressed.

なお、溶媒としては、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドと有機溶媒又は他のイオン液体との混合溶媒とすることも考えられる。しかし、高温耐久性及び安定性を考慮すると、蒸気圧を有する有機溶媒との混合溶媒とすることや、カチオン及びアニオンの種類を増加させることになる他のイオン液体との混合溶媒とすること等と比較すると、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビススルホニルイミドを単独で使用することが好ましい。   As a solvent, it is also conceivable to use a mixed solvent of 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide and an organic solvent or other ionic liquid. However, considering high temperature durability and stability, it can be a mixed solvent with an organic solvent having a vapor pressure, or a mixed solvent with other ionic liquids that will increase the types of cations and anions, etc. It is preferable to use 1-ethyl-3-methylimidazolium bissulfonylimide alone.

その他の成分
本発明で使用する電解液には、上記した成分以外にも、塩基性物質、例えば、4−ターシャルブチルピリジン、N−メチルベンズイミダゾール等を含有させることもできる。これらの塩基性物質を含有させれば、光電変換素子を作製した際に、チタニア電極のチタニア表面に吸着し、チタニア電極からの逆電子移動を防ぐことができ、開放電圧をより向上させるとともに、光電変換効率をより向上させることができる。
Other Components In addition to the components described above, the electrolytic solution used in the present invention may contain a basic substance such as 4-tertbutylpyridine, N-methylbenzimidazole and the like. When these basic substances are contained, when the photoelectric conversion element is produced, it is adsorbed on the titania surface of the titania electrode, can prevent reverse electron transfer from the titania electrode, and further improve the open-circuit voltage, Photoelectric conversion efficiency can be further improved.

また、チタニアに吸着した増感色素を脱離させないため、電解液中の塩基性物質の添加量は、0.01〜1モル/リットル程度とすることが好ましい。特に、金属錯体色素を使用する場合は、0.1〜1.0モル/リットル程度、特に0.3〜0.8モル/リットル程度が好ましい。また、有機色素を使用する場合は、0.01〜0.1モル/リットル程度、特に0.03〜0.08モル/リットル程度が好ましい。   Further, in order not to desorb the sensitizing dye adsorbed on titania, the addition amount of the basic substance in the electrolytic solution is preferably about 0.01 to 1 mol / liter. In particular, when a metal complex dye is used, it is preferably about 0.1 to 1.0 mol / liter, particularly about 0.3 to 0.8 mol / liter. Moreover, when using an organic pigment | dye, about 0.01-0.1 mol / liter, especially about 0.03-0.08 mol / liter are preferable.

他にも、本発明で使用する電解液には、上述のヨウ化リチウムと同様に、チタニアの伝導帯を下げて色素からチタニアへの電子注入速度を向上させる効果のあるグアニジンチオシアネート等も添加することができる。この場合、これらの添加量は、0.1〜1.0モル/リットル程度とすればよい。   In addition, guanidine thiocyanate, which has the effect of lowering the titania conduction band and improving the electron injection rate from the dye to titania, is added to the electrolytic solution used in the present invention, as in the case of the above-described lithium iodide. be able to. In this case, the addition amount of these may be about 0.1 to 1.0 mol / liter.

なお、電解液においては、上記成分以外にも、粘度調整剤(ポリエチレングリコール等)や脱水剤(ゼオライト、シリカゲル等)等を、本発明の効果を損なわない範囲内で含ませることができる。   In addition, in the electrolytic solution, in addition to the above components, a viscosity modifier (polyethylene glycol, etc.), a dehydrating agent (zeolite, silica gel, etc.) and the like can be included within a range that does not impair the effects of the present invention.

2.光電変換素子及び色素増感太陽電池
本発明の光電変換素子は、導電性基板(負極基板)、半導体層、及び本発明の一体電極(正極)から少なくとも構成される。
2. Photoelectric Conversion Element and Dye-Sensitized Solar Cell The photoelectric conversion element of the present invention comprises at least a conductive substrate (negative electrode substrate), a semiconductor layer, and an integrated electrode (positive electrode) of the present invention.

導電性基板(負極基板)は、通常、基板上に導電膜を有するものである。基板としては、特に限定されず、材質、厚さ、寸法、形状等は目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属、無色又は有色ガラス、網入りガラス、ガラスブロック等が用いられる他、無色又は有色の樹脂でも良い。かかる樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、トリ酢酸セルロース、ポリメチルペンテン等が挙げられる。なお、本発明における基板とは、常温において平滑な面を有するものであり、その面は平面あるいは曲面であってもよく、また応力によって変形するものであってもよい。   The conductive substrate (negative electrode substrate) usually has a conductive film on the substrate. The substrate is not particularly limited, and the material, thickness, dimensions, shape, and the like can be appropriately selected according to the purpose. For example, metal, colorless or colored glass, meshed glass, glass block, etc. are used. Colorless or colored resin may be used. Examples of such resins include polyesters such as polyethylene terephthalate, polyamide, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether ketone, polyphenylene sulfide, polycarbonate, polyimide, polymethyl methacrylate, polystyrene, cellulose triacetate, and polymethylpentene. In addition, the board | substrate in this invention has a smooth surface at normal temperature, The surface may be a plane or a curved surface, and may deform | transform by stress.

また、電極として作用する導電膜の材料は特に限定されないが、例えば、金、銀、クロム、銅、タングステン、チタン等の金属や金属薄膜、金属酸化物からなる導電膜等が挙げられる。金属酸化物としては、例えば、錫や亜鉛等の金属酸化物に、他の金属元素を微量ドープしたIndium Tin Oxide(ITO(In:Sn))、Fluorine doped Tin Oxide(FTO(SnO:F))、Aluminum doped Zinc Oxide(AZO(ZnO:Al))、Antimony doped Tin Oxide(ATO(SnO:Sb))等が好適なものとして用いられる。 The material of the conductive film that acts as an electrode is not particularly limited, and examples thereof include a metal such as gold, silver, chromium, copper, tungsten, and titanium, a metal thin film, and a conductive film made of a metal oxide. As the metal oxide, for example, Indium Tin Oxide (ITO (In 2 O 3 : Sn)), or Fluorine doped Tin Oxide (FTO (SnO 2 )) obtained by doping a metal oxide such as tin or zinc with a small amount of another metal element. : F)), Aluminum doped Zinc Oxide (AZO (ZnO: Al)), Antimony doped Tin Oxide (ATO (SnO 2 : Sb)), and the like are preferably used.

導電膜の膜厚は、通常100〜10000nm、好ましくは300〜2000nmである。また、表面抵抗(抵抗率)は適宜選択されるところであるが、通常0.5〜500Ω/sq、好ましくは1〜50Ω/sqである。   The film thickness of the conductive film is usually 100 to 10,000 nm, preferably 300 to 2000 nm. The surface resistance (resistivity) is appropriately selected, but is usually 0.5 to 500 Ω / sq, preferably 1 to 50 Ω / sq.

導電膜の形成法は特に限定されるものではなく、用いる金属や金属酸化物の種類により公知の方法を適宜採用することができる。通常、真空蒸着法、イオンプレーティング法、CVD法又はスパッタリング法等が用いられる。いずれの場合も基板温度が20〜700℃の範囲内で形成されるのが望ましい。   The method for forming the conductive film is not particularly limited, and a known method can be appropriately employed depending on the type of metal or metal oxide used. Usually, a vacuum deposition method, an ion plating method, a CVD method, a sputtering method, or the like is used. In either case, it is desirable that the substrate temperature be formed within a range of 20 to 700 ° C.

半導体層としては、酸化チタン材料を使用する。例えば、公知又は市販のチタニアナノ粒子、アモルファス状チタニアナノチューブ(特許文献2〜3等)、チタニアナノ粒子のチューブ状集合体(特許文献4)等を単独又は混合して使用することができる。   As the semiconductor layer, a titanium oxide material is used. For example, known or commercially available titania nanoparticles, amorphous titania nanotubes (Patent Documents 2 to 3 and the like), tubular aggregates of titania nanoparticles (Patent Document 4) and the like can be used alone or in combination.

導電性基板(負極基板)上に半導体層を形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、上記の酸化チタン材料を含むペーストを調製し、導電性基板(負極基板)上に塗布して焼成する方法等が挙げられる。この際、ペーストの溶媒としては、水、有機溶媒等を用いることができる。   The method for forming the semiconductor layer on the conductive substrate (negative electrode substrate) is not particularly limited. For example, a paste containing the above titanium oxide material is prepared, applied onto the conductive substrate (negative electrode substrate), and fired. And the like. At this time, water, an organic solvent, or the like can be used as a solvent for the paste.

有機溶媒としては、上記の酸化チタン材料を分散できるものであれば、特に限定はない。例えば、エタノール、メタノール、テルピネオール等のアルコール類;エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール等のグリコール類等を用いることができる。これらの溶媒は、分散性と揮発性、粘度を考慮し、通常混合して用いられる。ペースト中の溶媒の割合としては、塗布時に流動性を持たせる点と塗布後の厚みを保持する点、また多孔質の酸化チタンを形成する点から、50〜90重量%が、特に60〜75重量%が好ましい。   The organic solvent is not particularly limited as long as it can disperse the titanium oxide material. For example, alcohols such as ethanol, methanol, and terpineol; glycols such as ethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, and polypropylene glycol can be used. These solvents are usually mixed and used in consideration of dispersibility, volatility, and viscosity. The proportion of the solvent in the paste is 50 to 90% by weight, particularly 60 to 75%, from the viewpoint of imparting fluidity during coating, maintaining the thickness after coating, and forming porous titanium oxide. % By weight is preferred.

分散液の成分として、上記の溶媒以外に、増粘剤等を含んでもよい。   As a component of the dispersion liquid, a thickener or the like may be included in addition to the above solvent.

増粘剤としては、例えば、メチルセルロース、エチルセルロース等のアルキルセルロース等が挙げられる。なかでも、アルキルセルロース、特にエチルセルロースを好適に用いることができる。   Examples of the thickener include alkyl celluloses such as methyl cellulose and ethyl cellulose. Among these, alkyl cellulose, particularly ethyl cellulose can be preferably used.

ペースト中の増粘剤の割合としては、塗布時の流動性と塗布後の厚みのバランスをとる点から、2〜20重量%が、特に3〜15重量%が好ましい。   The proportion of the thickener in the paste is preferably 2 to 20% by weight, particularly 3 to 15% by weight from the viewpoint of balancing the fluidity during coating and the thickness after coating.

ペースト中の固形分の割合としては、上記と同様に塗布時の流動性と塗布後の厚みのバランスの点から、10〜50重量%が、特に10〜30重量%が好ましい。   The ratio of the solid content in the paste is preferably 10 to 50% by weight, particularly preferably 10 to 30% by weight, from the viewpoint of the balance between the fluidity at the time of coating and the thickness after coating, as described above.

本発明の光電変換素子においては、半導体層の光吸収効率を向上すること等を目的として、半導体層に色素を担持(吸着、含有など)させたものが用いられる。   In the photoelectric conversion element of the present invention, a semiconductor layer having a dye supported (adsorbed, contained, etc.) on the semiconductor layer is used for the purpose of improving the light absorption efficiency of the semiconductor layer.

色素は、可視域や近赤外域に吸収特性を有し、半導体層の光吸収効率を向上(増感)させる色素であれば特に限定されないが、金属錯体色素、有機色素、天然色素、半導体等が好ましい。また、半導体層への吸着性を付与するために、色素の分子中にカルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホニル基、ホスホニル基、カルボキシルアルキル基、ヒドロキシアルキル基、スルホニルアルキル基、ホスホニルアルキル基等の官能基を有するものが好適に用いられる。   The dye is not particularly limited as long as it has absorption characteristics in the visible region and near infrared region, and improves (sensitizes) the light absorption efficiency of the semiconductor layer. However, metal complex dyes, organic dyes, natural dyes, semiconductors, etc. Is preferred. In addition, in order to impart adsorptivity to the semiconductor layer, a functional group such as a carboxyl group, a hydroxyl group, a sulfonyl group, a phosphonyl group, a carboxylalkyl group, a hydroxyalkyl group, a sulfonylalkyl group, or a phosphonylalkyl group is included in the dye molecule. Those having a group are preferably used.

金属錯体色素としては、例えば、ルテニウム、オスミウム、鉄、コバルト、亜鉛、水銀の錯体(例えば、メリクルクロム等)や、金属フタロシアニン、クロロフィル等を用いることができる。また、有機色素としては、例えば、シアニン系色素、ヘミシアニン系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、金属フリーフタロシアニン系色素等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。色素として用いることができる半導体としては、i型の光吸収係数が大きなアモルファス半導体や直接遷移型半導体、量子サイズ効果を示し、可視光を効率よく吸収する微粒子半導体が好ましい。通常、各種の半導体や金属錯体色素や有機色素の一種、又は光電変換の波長域をできるだけ広くし、かつ変換効率を上げるため、二種類以上の色素を混合することができる。また、目的とする光源の波長域と強度分布に合わせるように、混合する色素とその割合を選ぶことができる。   As the metal complex dye, for example, a ruthenium, osmium, iron, cobalt, zinc, mercury complex (for example, mellicle chromium), metal phthalocyanine, chlorophyll, or the like can be used. Examples of organic dyes include, but are not limited to, cyanine dyes, hemicyanine dyes, merocyanine dyes, xanthene dyes, triphenylmethane dyes, metal-free phthalocyanine dyes, and the like. . As a semiconductor that can be used as a dye, an amorphous semiconductor having a large i-type light absorption coefficient, a direct transition semiconductor, or a fine particle semiconductor that exhibits a quantum size effect and efficiently absorbs visible light is preferable. Usually, one of various semiconductors, metal complex dyes and organic dyes, or two or more kinds of dyes can be mixed in order to make the wavelength range of photoelectric conversion as wide as possible and increase the conversion efficiency. Moreover, the pigment | dye to mix and its ratio can be selected so that it may match with the wavelength range and intensity distribution of the target light source.

色素を半導体層に吸着させる方法としては、例えば、溶媒に色素を溶解させた溶液を、半導体層上にスプレーコートやスピンコート等により塗布した後、乾燥する方法により形成することができる。この場合、適当な温度に基板を加熱しても良い。また、半導体層を溶液に浸漬して吸着させる方法を用いることもできる。浸漬する時間は色素が充分に吸着すれば特に制限されることはないが、好ましくは10分〜30時間、より好ましくは1〜20時間である。また、必要に応じて浸漬する際に溶媒や基板を加熱しても良い。溶液にする場合の色素の濃度としては、1〜1000mmol/L、好ましくは10〜500mmol/L程度である。   As a method for adsorbing the dye to the semiconductor layer, for example, a solution in which the dye is dissolved in a solvent is applied on the semiconductor layer by spray coating, spin coating, or the like, and then dried. In this case, the substrate may be heated to an appropriate temperature. Alternatively, a method in which the semiconductor layer is immersed in a solution and adsorbed can be used. The immersion time is not particularly limited as long as the dye is sufficiently adsorbed, but is preferably 10 minutes to 30 hours, more preferably 1 to 20 hours. Moreover, you may heat a solvent and a board | substrate when immersing as needed. The concentration of the dye in the case of forming a solution is about 1 to 1000 mmol / L, preferably about 10 to 500 mmol / L.

用いる溶媒は特に制限されるものではないが、水及び有機溶媒が好ましく用いられる。有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、t−ブタノール等のアルコール類;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル、グルタロニトリル等のニトリル類;ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン等の芳香族炭化水素;ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素;シクロヘキサン等の脂環式炭化水素;アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、2−ブタノン等のケトン類;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ニトロメタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホアミド、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、スルホラン、ジメトキシエタン、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン、スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリプロピル、リン酸エチルジメチル、リン酸トリブチル、リン酸トリペンチル、リン酸トリへキシル、リン酸トリヘプチル、リン酸トリオクチル、リン酸トリノニル、リン酸トリデシル、リン酸トリス(トリフフロロメチル)、リン酸トリス(ペンタフロロエチル)、リン酸トリフェニルポリエチレングリコール、ポリエチレングリコール等が挙げられる。   The solvent to be used is not particularly limited, but water and an organic solvent are preferably used. Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, and t-butanol; acetonitrile, propionitrile, methoxypropionitrile, glutaronitrile, and the like. Nitriles; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene; aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane; alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane; acetone, methyl ethyl ketone Ketones such as diethyl ketone and 2-butanone; ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran; ethylene carbonate, propylene carbonate, nitromethane, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoamide, dimethoxy Ethane, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, sulfolane, dimethoxyethane, adiponitrile, methoxyacetonitrile, dimethylacetamide, methylpyrrolidinone, dimethylsulfoxide, dioxolane, sulfolane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tripropyl phosphate, ethyl phosphate Dimethyl, tributyl phosphate, tripentyl phosphate, trihexyl phosphate, triheptyl phosphate, trioctyl phosphate, trinonyl phosphate, tridecyl phosphate, tris phosphate (trifluoromethyl), tris phosphate (pentafluoroethyl), Examples thereof include triphenyl polyethylene glycol phosphate and polyethylene glycol.

色素間の凝集等の相互作用を低減するために、界面活性剤としての性質を持つ無色の化合物を色素吸着液に添加し、半導体層に共吸着させてもよい。このような無色の化合物の例としては、カルボキシル基やスルホ基を有するコール酸、デオキシコール酸、ケノデオキシコール酸、タウロデオキシコール酸等のステロイド化合物やスルホン酸塩類等が挙げられる。   In order to reduce the interaction such as aggregation between the dyes, a colorless compound having properties as a surfactant may be added to the dye adsorption liquid and co-adsorbed to the semiconductor layer. Examples of such colorless compounds include steroid compounds such as cholic acid having a carboxyl group or sulfo group, deoxycholic acid, chenodeoxycholic acid, taurodeoxycholic acid, sulfonates, and the like.

未吸着の色素は、吸着工程後、速やかに洗浄により除去するのが好ましい。洗浄は湿式洗浄槽中でアセトニトリル、アルコール系溶媒等を用いて行うのが好ましい。   It is preferable to remove the unadsorbed dye by washing immediately after the adsorption step. Washing is preferably performed using acetonitrile, an alcohol solvent or the like in a wet washing tank.

色素を吸着させた後、アミン類、4級アンモニウム塩、少なくとも1つのウレイド基を有するウレイド化合物、少なくとも1つのシリル基を有するシリル化合物、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等を用いて、半導体層の表面を処理してもよい。好ましいアミン類の例としては、ピリジン、4−t−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン等が挙げられる。好ましい4級アンモニウム塩の例としては、テトラブチルアンモニウムヨージド、テトラヘキシルアンモニウムヨージド等が挙げられる。これらは有機溶媒に溶解して用いてもよく、液体の場合はそのまま用いてもよい。   After adsorbing the dye, a semiconductor using an amine, a quaternary ammonium salt, a ureido compound having at least one ureido group, a silyl compound having at least one silyl group, an alkali metal salt, an alkaline earth metal salt, etc. The surface of the layer may be treated. Examples of preferred amines include pyridine, 4-t-butylpyridine, polyvinylpyridine and the like. Examples of preferred quaternary ammonium salts include tetrabutylammonium iodide, tetrahexylammonium iodide and the like. These may be used by dissolving in an organic solvent, or may be used as they are in the case of a liquid.

このように、負極基板上に半導体層を形成して負極を作製した後、上記のように電解液を含ませた一体電極と負極とを、セパレータと半導体層とが接するように張り合わせることで、本発明の光電変換素子を簡便に製造することができる。また、一体電極と負極とを、セパレータと半導体層とが接するように張り合わせた後、電解液を注入してもよい。   Thus, after forming a semiconductor layer on a negative electrode substrate and producing a negative electrode, the separator and the semiconductor layer are bonded together so that the integrated electrode and the negative electrode containing the electrolyte solution are in contact as described above. The photoelectric conversion element of the present invention can be easily produced. Alternatively, the electrolyte solution may be injected after the integrated electrode and the negative electrode are bonded together so that the separator and the semiconductor layer are in contact with each other.

本発明の色素増感太陽電池は、本発明の光電変換素子をモジュール化するとともに、所定の電気配線を設けることによって製造することができる。   The dye-sensitized solar cell of the present invention can be manufactured by modularizing the photoelectric conversion element of the present invention and providing predetermined electrical wiring.

実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらのみに限定されるものではない。   The present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1
[チタニアを含むセパレータ形成用組成物の作製]
チタンイソプロポキシド0.05molに酢酸0.05molを加えて15分撹拌した。蒸留水73mlを加えて1時間撹拌した。さらに濃硝酸1mlを加えて80℃で75分間加熱及び撹拌を行った。蒸留水を加えて全量を93mlとしてチタニアゾル水溶液を得た。このチタニアゾル水溶液40mLを内容積125mlの圧力反応容器に入れて250℃で12時間加熱した。得られた白色沈殿物(チタニア)をエタノールで溶媒置換した後、100mlエタノール分散液とした。これにα−テルピネオール7gとエチルセルロースの10重量%エタノール溶液8.65gを加えて撹拌した。十分に撹拌した後、エバポレータを用いてエタノールを留去してチタニアを含む膜形成用組成物10gを得た。
Example 1
[Production of separator-forming composition containing titania]
Acetic acid 0.05 mol was added to titanium isopropoxide 0.05 mol and stirred for 15 minutes. Distilled water 73 ml was added and stirred for 1 hour. Further, 1 ml of concentrated nitric acid was added, and the mixture was heated and stirred at 80 ° C. for 75 minutes. Distilled water was added to make a total volume of 93 ml to obtain an aqueous titania sol solution. 40 mL of this aqueous titania sol solution was placed in a pressure reaction vessel with an internal volume of 125 ml and heated at 250 ° C. for 12 hours. The obtained white precipitate (titania) was subjected to solvent substitution with ethanol, and then made into a 100 ml ethanol dispersion. To this, 7 g of α-terpineol and 8.65 g of a 10 wt% ethanol solution of ethyl cellulose were added and stirred. After sufficiently stirring, ethanol was distilled off using an evaporator to obtain 10 g of a film forming composition containing titania.

[一体電極の作製]
フッ素ドープ酸化スズ(FTO)膜付きガラス(日本板硝子(株)製;4mm厚)に白金を50nmスパッタした基板に、ポリエステル製スクリーン印刷版(225メッシュ)を用いて、上記で作製したチタニアを含む膜形成用組成物を、5ミリ角の大きさに1回スクリーン印刷を行った。さらに電気炉に入れて500℃にて1時間焼成を行うことで、膜厚1.5μm、比表面積71m/g、厚み1.1μmの多孔質酸化チタン層(セパレータ)と負極が一体化した電極を得た。
[Production of integrated electrode]
Including the titania produced above using a polyester screen printing plate (225 mesh) on a substrate obtained by sputtering 50 nm of platinum on glass with fluorine-doped tin oxide (FTO) film (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd .; 4 mm thickness) The film-forming composition was screen-printed once in a size of 5 mm square. Furthermore, the porous titanium oxide layer (separator) having a film thickness of 1.5 μm, a specific surface area of 71 m 2 / g, and a thickness of 1.1 μm was integrated with the negative electrode by firing in an electric furnace at 500 ° C. for 1 hour. An electrode was obtained.

[チタニア負極の作製]
フッ素ドープ酸化スズ(FTO)膜付きガラス(日本板硝子(株)製;4mm厚)にポリエステル製スクリーン印刷版(225メッシュ)を用いて、上記で作製したチタニアを含む膜形成用組成物を、5ミリ角の大きさに膜厚14μmになるまで繰り返しスクリーン印刷を行った。さらに電気炉に入れて500℃にて1時間焼成を行った。
[Production of titania negative electrode]
A film-forming composition containing titania prepared as described above was prepared using a polyester screen printing plate (225 mesh) on a glass with fluorine-doped tin oxide (FTO) film (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd .; 4 mm thickness). Screen printing was repeatedly performed until the film thickness was 14 μm in the size of millimeter square. Furthermore, it put into the electric furnace and baked at 500 degreeC for 1 hour.

[増感色素の固定]
ダイソル社製のN−719色素をターシャルブチルアルコールとアセトニトリルの容量比1:1の混合溶媒に0.5ミリモル/リットルの濃度で溶解したものに上記500℃で焼成したチタニア負極を25℃で20時間浸漬して色素を固定した。
[Immobilization of sensitizing dye]
A titania negative electrode calcined at 500 ° C. in a solution obtained by dissolving N-719 dye manufactured by Daisol in a mixed solvent of tertiary butyl alcohol and acetonitrile at a volume ratio of 1: 1 at a concentration of 0.5 mmol / liter was used at 25 ° C. The pigment was fixed by immersion for 20 hours.

[小型セルの組み立て]
上記一体電極を電解液中に含浸させることで、一体電極のセパレータの多孔質構造内に電解液を含ませ、色素を固定した上記チタニア負極と張り合わせ、紫外線効果樹脂を用いて周囲をシールすることで光電変換素子(小型セル)を作製した。この小型セルを用いて、後述のとおり性能を評価した。結果を表1に示す。
[Assembly of small cells]
By impregnating the integral electrode in the electrolyte, the electrolyte is included in the porous structure of the separator of the integral electrode, and bonded to the titania negative electrode to which the dye is fixed, and the periphery is sealed using an ultraviolet effect resin. A photoelectric conversion element (small cell) was produced. Using this small cell, the performance was evaluated as described later. The results are shown in Table 1.

電解液の組成は、以下のとおりとした。   The composition of the electrolytic solution was as follows.

<電解液>
ヨウ素(I):0.2M
ヨウ化リチウム(LiI):0.1M
4−ターシャルブチルピリジン(TBP):0.5M
ヨウ化1−メチル−3−プロピルミダゾリウム(MPImI):6M
<Electrolyte>
Iodine (I 2 ): 0.2M
Lithium iodide (LiI): 0.1M
4-tert-butylpyridine (TBP): 0.5M
1-methyl-3-propylmidazolium iodide (MPImI): 6M

[小型セルの性能評価]
作製した小型セルに(株)三永電機製作所製のソーラーシミュレータでAM1.5(JISC8912Aランク)の条件下の100mW/cmの強度の光を照射して上記小型セルの光電変換特性を25℃にて評価した。
[Performance evaluation of small cells]
The produced small cell was irradiated with light having an intensity of 100 mW / cm 2 under the condition of AM1.5 (JISC8912A rank) with a solar simulator manufactured by Mitsunaga Electric Co., Ltd., and the photoelectric conversion characteristic of the small cell was measured at 25 ° C. Evaluated.

[小型セルの85℃耐久評価]
作製した小型セルを85℃の乾燥炉に入れて、1000時間保持した。1000時間保持した後、上記の性能評価と同様に、小型セルの光電変換特性を評価した。
[85 ° C durability evaluation of small cells]
The produced small cell was put into a 85 degreeC drying furnace, and was hold | maintained for 1000 hours. After holding for 1000 hours, the photoelectric conversion characteristics of the small cells were evaluated in the same manner as the above performance evaluation.

比較例1
色素を固定した上記チタニア負極に、スペーサー兼シール剤として厚さ50μm、低密度ポリエチレンフィルム(デュポン社製バイネル)を用いて、白金をスパッタしたフッ素ドープ酸化スズ(FTO)膜付きガラス(ピルキントン社製;2.2mm厚)を貼り合わせた。つまり、セパレータとして、酸化チタンを含む多孔質体を使用しなかった。その後、実施例1で用いた電解液を注入して封止を行い、光電変換素子を作製した。結果を表1に示す。
Comparative Example 1
Glass with fluorine-doped tin oxide (FTO) film sputtered with platinum using a low-density polyethylene film (Bunel manufactured by DuPont) with a thickness of 50 μm as a spacer / sealant on the above-mentioned titania negative electrode fixed with a dye (Pilkinton Co., Ltd.) ; 2.2 mm thickness). That is, a porous body containing titanium oxide was not used as the separator. Thereafter, the electrolytic solution used in Example 1 was injected and sealed to produce a photoelectric conversion element. The results are shown in Table 1.

実施例2
特許文献4の実施例1に記載の方法にしたがい、外径100nm、内径30nm、長さ約2000nmの、平均粒径10nm程度のチタニアナノ粒子のチューブ状集合体を作製した。チタニアを含むセパレータ形成用組成物中に作製したチタニアナノ粒子のチューブ状集合体を5重量%混合したこと以外は実施例1と同様に、小型セルを作製し、評価を行った。なお、この際セパレータの膜厚は1.5μm、比表面積は75m/gであった。結果を表1に示す。
Example 2
According to the method described in Example 1 of Patent Document 4, a tubular aggregate of titania nanoparticles having an outer diameter of 100 nm, an inner diameter of 30 nm, and a length of about 2000 nm and an average particle diameter of about 10 nm was produced. A small cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 5% by weight of the tubular assembly of titania nanoparticles prepared in the separator-forming composition containing titania was mixed. At this time, the film thickness of the separator was 1.5 μm, and the specific surface area was 75 m 2 / g. The results are shown in Table 1.

実施例3
50%SnOメタノール分散液4.8gとケッチェンブラック3.6gを混合し、10%エチルセルロースのエタノール溶液30gを加え超音波処理し、さらにテルピネオール32gを加えて、エタノールを溜去することで、膜形成用組成物を得た。この膜形成用組成物をチタン金属板にスクリーン印刷で1.5μm塗布して炭素材からなる正極を作製した。この正極上を、実施例1で用いた白金スパッタ基板の代わりに使用し、実施例1と同様に、チタニアを含むセパレータ組成物をスクリーン印刷、焼成し、小型セルを作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
Example 3
By mixing 4.8 g of 50% SnO 2 methanol dispersion and 3.6 g of Ketjen Black, adding 30 g of ethanol solution of 10% ethylcellulose, sonicating, adding 32 g of terpineol, and distilling ethanol off, A film forming composition was obtained. This film-forming composition was applied to a titanium metal plate by screen printing at 1.5 μm to produce a positive electrode made of a carbon material. This positive electrode was used in place of the platinum sputter substrate used in Example 1, and a separator composition containing titania was screen printed and baked in the same manner as in Example 1 to produce a small cell and evaluated. . The results are shown in Table 1.

Figure 2013196948
Figure 2013196948

実施例4
電解液の組成を以下のようにしたこと以外は実施例1と同様に小型セルを作製し、評価を行った。結果を表2に示す。
Example 4
A small cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the composition of the electrolytic solution was as follows. The results are shown in Table 2.

<電解液>
ヨウ素(I):0.2M
ヨウ化リチウム(LiI):0.1M
4−ターシャルブチルピリジン(TBP):0.5M
ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(EMImI):2.0M
ヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウム(DMImI):2.0M
イオン液体としては、1−メチル−3−エチルイミダゾリウムビスフルオロスルホニルイミド(EMIm−FSI)を使用した。
<Electrolyte>
Iodine (I 2 ): 0.2M
Lithium iodide (LiI): 0.1M
4-tert-butylpyridine (TBP): 0.5M
1-ethyl-3-methylimidazolium iodide (EMImI): 2.0M
1,3-dimethylimidazolium iodide (DMImI): 2.0M
As the ionic liquid, 1-methyl-3-ethylimidazolium bisfluorosulfonylimide (EMIm-FSI) was used.

実施例5
電解液の組成を以下のようにしたこと以外は実施例1と同様に小型セルを作製し、評価を行った。結果を表2に示す。
Example 5
A small cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the composition of the electrolytic solution was as follows. The results are shown in Table 2.

<電解液>
ヨウ素(I):0.2M
ヨウ化リチウム(LiI):0.1M
4−ターシャルブチルピリジン(TBP):0.5M
ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(EMImI):5.0M
ヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウム(DMImI):5.0M
イオン液体としては、1−メチル−3−エチルイミダゾリウムビスフルオロスルホニルイミド(EMIm−FSI)を使用した。
<Electrolyte>
Iodine (I 2 ): 0.2M
Lithium iodide (LiI): 0.1M
4-tert-butylpyridine (TBP): 0.5M
1-ethyl-3-methylimidazolium iodide (EMImI): 5.0M
1,3-dimethylimidazolium iodide (DMImI): 5.0M
As the ionic liquid, 1-methyl-3-ethylimidazolium bisfluorosulfonylimide (EMIm-FSI) was used.

実施例6
電解液の組成を以下のようにしたこと以外は実施例1と同様に小型セルを作製し、評価を行った。結果を表2に示す。
Example 6
A small cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the composition of the electrolytic solution was as follows. The results are shown in Table 2.

<電解液>
ヨウ素(I):0.2M
ヨウ化リチウム(LiI):0.1M
4−ターシャルブチルピリジン(TBP):0.5M
ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(EMImI):10.0M
ヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウム(DMImI):10.0M
イオン液体としては、1−メチル−3−エチルイミダゾリウムビスフルオロスルホニルイミド(EMIm−FSI)を使用した。
<Electrolyte>
Iodine (I 2 ): 0.2M
Lithium iodide (LiI): 0.1M
4-tert-butylpyridine (TBP): 0.5M
1-ethyl-3-methylimidazolium iodide (EMImI): 10.0M
1,3-dimethylimidazolium iodide (DMImI): 10.0M
As the ionic liquid, 1-methyl-3-ethylimidazolium bisfluorosulfonylimide (EMIm-FSI) was used.

実施例7
一体電極の作製において、チタニアを含む膜形成用組成物として日揮触媒化成(株)製のPST400Cを用いたこと以外は実施例6と同様に小型セルを作製し、評価を行った。この際セパレータの比表面積は5m/g、厚みは3μmとなった。結果を表2に示す。
Example 7
In the production of the integrated electrode, a small cell was produced and evaluated in the same manner as in Example 6 except that PST400C manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd. was used as the film forming composition containing titania. At this time, the specific surface area of the separator was 5 m 2 / g and the thickness was 3 μm. The results are shown in Table 2.

Figure 2013196948
Figure 2013196948

Claims (24)

正極とセパレータとが一体化した一体電極であって、
前記セパレータが、酸化チタンを含む多孔質体からなる、
一体電極。
An integrated electrode in which a positive electrode and a separator are integrated,
The separator is made of a porous body containing titanium oxide.
Integrated electrode.
前記セパレータが、酸化チタンを含む多孔質焼結体からなる、請求項1に記載の一体電極。 The integrated electrode according to claim 1, wherein the separator is made of a porous sintered body containing titanium oxide. 前記セパレータの膜厚が0.1〜5μmである、請求項2に記載の一体電極。 The integrated electrode according to claim 2, wherein the separator has a thickness of 0.1 to 5 μm. 前記多孔質体の比表面積が3〜150m/gである、請求項1〜3のいずれかに記載の一体電極。 The integrated electrode according to claim 1, wherein the porous body has a specific surface area of 3 to 150 m 2 / g. 前記酸化チタンが、チタニアナノチューブを含む、請求項1〜4のいずれかに記載の一体電極。 The integrated electrode according to claim 1, wherein the titanium oxide contains titania nanotubes. 前記正極が、導電性基板を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の一体電極。 The integrated electrode according to claim 1, wherein the positive electrode includes a conductive substrate. 前記正極が、基板上に、導電性材料を含む導電層が形成されている、請求項1〜5のいずれかに記載の一体電極。 The integrated electrode according to claim 1, wherein the positive electrode has a conductive layer containing a conductive material formed on a substrate. 前記正極が、導電性基板上に、導電性材料を含む導電層が形成されている、請求項1〜7のいずれかに記載の一体電極。 The integrated electrode according to claim 1, wherein the positive electrode has a conductive layer containing a conductive material formed on a conductive substrate. 前記導電層は、さらに結着剤を含有する、請求項7又は8に記載の一体電極。 The integrated electrode according to claim 7 or 8, wherein the conductive layer further contains a binder. 前記結着剤は、無機酸化物である、請求項9に記載の一体電極。 The integrated electrode according to claim 9, wherein the binder is an inorganic oxide. 前記無機酸化物は、酸化スズ、酸化チタン及び酸化亜鉛よりなる群から選ばれる少なくとも1種の酸化物である、請求項10に記載の一体電極。 The integrated electrode according to claim 10, wherein the inorganic oxide is at least one oxide selected from the group consisting of tin oxide, titanium oxide, and zinc oxide. 前記一体電極は、電解液を含有する、請求項1〜11のいずれかに記載の一体電極。 The integrated electrode according to claim 1, wherein the integrated electrode contains an electrolytic solution. 前記電解液は、前記多孔質体の孔中に存在する、請求項12に記載の一体電極。 The integrated electrode according to claim 12, wherein the electrolytic solution is present in pores of the porous body. 前記電解液は、イオン液体を含む、請求項12又は13に記載の一体電極。 The integrated electrode according to claim 12 or 13, wherein the electrolytic solution includes an ionic liquid. 前記イオン液体は、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビスフルオロスルホニルイミドである、請求項14に記載の一体電極。 The integrated electrode according to claim 14, wherein the ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium bisfluorosulfonylimide. 前記電解液は、ヨウ素及びヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムを含むヨウ化物を含む電解質を含有し、且つ、
(1)前記ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムは、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムを含む、
(2)前記電解液は、前記ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムを3.0モル/リットル以上含む、
(3)前記ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムは、ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムを含む
の少なくとも1つを満たす、請求項12〜15のいずれかに記載の一体電極。
The electrolytic solution contains an electrolyte containing iodide including iodine and 1,3-dialkylimidazolium iodide, and
(1) The 1,3-dialkylimidazolium iodide includes 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide.
(2) The electrolytic solution contains 3.0 mol / liter or more of the 1,3-dialkylimidazolium iodide.
(3) The integrated electrode according to any one of claims 12 to 15, wherein the 1,3-dialkylimidazolium iodide satisfies at least one of containing 1-methyl-3-propylimidazolium iodide.
前記電解液は、
(1)前記ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムは、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及びヨウ化1,3−ジメチルイミダゾリウムを含む
を満たす、請求項16に記載の一体電極。
The electrolyte is
(1) The integrated electrode according to claim 16, wherein the 1,3-dialkylimidazolium iodide satisfies a condition including 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and 1,3-dimethylimidazolium iodide.
前記電解液は、前記ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムを、溶媒1リットルに対して3.0モル以上含有する、請求項17に記載の一体電極。 The integrated electrode according to claim 17, wherein the electrolytic solution contains 3.0 mol or more of the 1,3-dialkylimidazolium iodide with respect to 1 liter of a solvent. 前記ヨウ化1,3−ジアルキルイミダゾリウムは、さらに、ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム及び/又はヨウ化1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムを含む、
請求項17又は18に記載の一体電極。
The 1,3-dialkylimidazolium iodide further includes 1-methyl-3-propylimidazolium iodide and / or 1-butyl-3-methylimidazolium iodide.
The integral electrode according to claim 17 or 18.
請求項1〜19のいずれかに記載の一体電極の製造方法であって、
正極上に、酸化チタン又は酸化チタン前駆体を含むセパレータ形成用組成物を塗布及び焼結する工程
を備える、製造方法。
A method for producing an integral electrode according to any one of claims 1 to 19,
A manufacturing method provided with the process of apply | coating and sintering the composition for separator formation containing a titanium oxide or a titanium oxide precursor on a positive electrode.
請求項1〜19のいずれかに記載の一体電極を備える、光電変換素子。 A photoelectric conversion element comprising the integrated electrode according to claim 1. さらに、負極を備える、請求項21に記載の光電変換素子。 Furthermore, the photoelectric conversion element of Claim 21 provided with a negative electrode. 負極及び請求項1〜19のいずれかに記載の一体電極を備える光電変換素子の製造方法であって、
前記負極に前記一体電極を直接張り合わせた後に封止する工程
を備える、製造方法。
It is a manufacturing method of a photoelectric conversion element provided with the negative electrode and the integrated electrode in any one of Claims 1-19,
A manufacturing method comprising a step of sealing after directly bonding the integrated electrode to the negative electrode.
請求項21又は22に記載の光電変換素子を備える、色素増感太陽電池。 A dye-sensitized solar cell comprising the photoelectric conversion element according to claim 21 or 22.
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