JP2015130353A - 蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空気極の構造を、第1の集電体と、第1の集電体に接して設けられた凸状構
造物を有する第2の集電体と、1層以上100層以下のグラフェン膜を有する触媒層と、
を備える構造とする。これにより、まず、第2の集電体の効果により空気極の表面積を飛
躍的に増大させることが可能となる、そして、グラフェン膜は貴金属などの触媒を用いこ
となく触媒反応を発現できるため、第2の集電体上に触媒層を備える構造とすることによ
り、蓄電装置のエネルギー密度を高めることができる。
【選択図】図1
Description
チウムイオン電池などの二次電池が広く使用されてきたが、近年では、家庭用の蓄電装置
や自動車の動力源としての使用用途が急増しているため、更に高いエネルギー密度を有す
る二次電池の製品化が切望されている。
と空気電極を用いた蓄電装置の研究が盛んに行われている。(例えば特許文献1)。
一とする。また当該蓄電装置の作製方法を提供することを課題の一とする。
構造であり、空気極は第1の集電体と、第1の集電体に接して設けられた凸状構造物を有
する第2の集電体と、第2の集電体上に設けられた触媒層を有し、触媒層は1層以上10
0層以下のグラフェン膜を有することを特徴とする蓄電装置である。
積)を飛躍的に増大させることが可能となる。なお、触媒層として用いるグラフェン膜は
、貴金属や酸化金属等の触媒を用いることなくグラフェン膜単体で触媒反応を発現するこ
とが可能であり、電気泳動法などを用いて凹凸のある構造体の表面に均一かつ非常に薄い
厚さで形成することができる。これにより、エネルギー密度の高い蓄電装置を提供できる
。
たは鉄を主成分とする金属、合金または化合物を金属負極として用いる場合は、電解液と
して水性電解液を用いればよい。
たはマグネシウムを主成分とする金属、合金または化合物を金属負極として用いる場合、
電解液として有機電解液を用いればよい。
する固体電解質と、リチウム負極と固体電解質の間に充填された有機電解液と、空気極と
固体電解質の間に充填された水性電解液を有する構造であり、固体電解質はリチウム負極
から放出されるリチウムイオンのみが選択的に通過する機能を有し、空気極は第1の集電
体と、第1の集電体に接して設けられた凸状構造物を有する第2の集電体と、第2の集電
体上に設けられた触媒層を備えた構造であり、触媒層は1層以上100層以下のグラフェ
ン膜を有することを特徴とする蓄電装置である。
とが可能となる。また、リチウム金属から放出されたリチウムイオンは固体電解質を通り
水性電解液に到達した後、固体電解質の近傍に存在し、空気極から放出される水酸化物イ
オンと反応して水溶性の水酸化リチウムが生成されるため、通常の金属−空気電池のよう
に、空気極表面に固体の反応生成物が堆積されない。これにより、エネルギー密度の高く
、反応の劣化が抑制された蓄電装置を提供できる。
ることにより、外部から導入される酸素を含む気体(例えば空気など)の触媒層への到達
を阻害しない、或いは阻害しにくいため好ましい。
物(以下、単にウィスカーと略記する)とすることにより、ウィスカーは非常に長い構造
にできるため、空気極の表面積を更に増大させることができる。これにより、エネルギー
密度の更に高い蓄電装置を提供できる。
より、空気極の表面積を更に増大させることができる。これにより、エネルギー密度の更
に高い蓄電装置を提供できる。
第2の集電体上に1層以上100層以下のグラフェン膜を有する触媒層を形成した電極を
、空気極として用いることを特徴とする蓄電装置の作製方法である。
の表面積)が飛躍的に増大させることが可能となる。なお、触媒層として用いるグラフェ
ン膜は、貴金属や酸化金属等の触媒を用いることなくグラフェン膜単体で触媒反応を発現
することが可能であり、電気泳動法などを用いて凹凸のある構造体の表面に均一かつ非常
に薄い厚さで形成することができる。これにより、エネルギー密度の高い蓄電装置を作製
することができる。
電材料とすることにより、外部から導入される酸素を含む気体(例えば空気など)の触媒
層への到達を阻害しない、或いは阻害しにくいため好ましい。
ー状の構造物(以下、単にウィスカーと略記する)とすることにより、ウィスカーは非常
に長い構造にできるため、空気極の表面積を更に増大させることができため、蓄電装置の
エネルギー密度を更に高くすることができる。
空気極の表面積を更に増大させることができるため、蓄電装置のエネルギー密度を更に高
くすることができる。
ェン」と呼称することもある。
ことを指す。
集電体と、第2の集電体上に設けられた触媒層を備えた構造とすることにより、空気極の
表面積を飛躍的に増大させることができるため、エネルギー密度の高い蓄電装置を提供す
ることができる。
し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなく
その形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、
本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以
下に説明する本発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符
号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
本実施の形態では、本発明の一態様である蓄電装置の構造および作製方法の一例について
、図1から図5を用いて説明する。
図1(A)は、本実施の形態の蓄電装置の構造図であり、図1(A)に示すように、金属
負極100および空気極102が筐体106内に設けられ、金属負極100と空気極10
2の間に電解液104が充填された構造である。なお、空気極102は、図1(B)(図
1(A)の一点鎖線部を拡大した図)に示すように、触媒層112により被覆された、凸
状構造物を有する第2の集電体110が、第1の集電体108の一面に形成された構造と
なっており、触媒層112に被覆された側が電解液104と接している。
ることになる。また、筐体106は、負極側筐体106aと空気極側筐体106bに分離
することができる。
負極100としては、イオン化傾向の高いリチウム、カリウム、ナトリウムまたはマグネ
シウムを主成分とする金属、合金または化合物を用いることができる。電解液104およ
び金属負極100として当該材料を用いることにより、定格電圧が大きい(水系電解液と
比較して分解電圧が高い)、エネルギー密度が高いといったメリットを享受できる。
極100としては、水に対して反応性の低いアルミニウム、亜鉛または鉄を主成分とする
金属、合金または化合物を用いることができる。電解液104および金属負極100とし
て当該材料を用いることにより、不揮発性で安全性が高い、およびコストが安いといった
メリットを享受できる。
に用いられる公知の電解液を用いればよい。また、電解液104として、イオン液体を用
いてもよい。イオン液体は室温において揮発性、引火性が低く、液体温度範囲が広く安定
であるため、電解液104として好ましい特性を備えているといえる。
8に接して設けられた凸状構造物を有する第2の集電体110と、第2の集電体110上
に設けられた触媒層112を備えた構造となっており、触媒層112は電解液104と接
している。なお、図1(B)では、触媒層112は第2の集電体110の表面全体を覆う
構造となっているが、第2の集電体110表面の一部を覆う構造であってもよい。
酸素の到達を極力阻害しない構造とする必要がある。このため、例えば第1の集電体10
8は多孔質構造やメッシュ構造のように、一部に開口部を有する構造とすることが好まし
い。
属材料を用いることができる。また、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリ
ブデンなどの耐熱性を向上させる元素が添加されたアルミニウム合金を用いてもよい。
があり、大きすぎると第2の集電体110の形成に支障をきたす可能性があるため、1n
m以上50μm以下、好ましくは10nm以上10μm以下の大きさであることが好まし
い。また、第1の集電体108表面の開口率は10%以上、好ましくは30%以上、より
好ましくは50%以上であることが望ましい。
を複数有する構造であり、これにより空気極102の表面積(つまり、触媒層112と電
解液104の接触面積)を増大させる役割を果たしている。
物としてウィスカーを用いてもよい。なお、凸状の構造物としてウィスカーを用いる場合
は、シリコンを主成分とすることが好ましく、LPCVD法を用いて、第1の集電体10
8上に気相成長させることができる(ウィスカーの作製方法については、実施例1にて詳
細に説明する。)。
したものを指す。なお、第2の集電体110の凸状構造物がウィスカーである場合、ウィ
スカーの本数に特段の限定はないが、空気極102の表面積を増大させる観点から考える
と、ウィスカー形成部分におけるウィスカーの密度は100μm2あたり5本以上、より
好ましくは100μm2あたり10本以上であることが望ましい。なお、ウィスカーは円
柱状、角柱状等の柱状、円錐状または角錐状などの錐状でもよいし、頂部に向かって湾曲
していてもよい。
非常に長い形状に形成することができる(ウィスカーの形状については、実施例1にて詳
細に説明する。)。空気極102の表面積を増大させる観点から考えると、1μm以上、
好ましくは5μm以上、より好ましくは10μm以上の長さを有することが望ましい。こ
れにより、空気極の表面積を飛躍的に増大させることができるため、エネルギー密度の高
い蓄電装置を作製することができる。
)100nm以下、より好ましくは高さ50nm以下の凸部)を複数備えた構造とするこ
とができる(ウィスカーの形状については、実施例1にて詳細に説明する。)。このよう
に、非常に小さな凸部を複数備えたウィスカーを第2の集電体110として用いることに
より、空気極の表面積を更に増大させることができる。
び図3を用いて説明する。
有する第2の集電体110が位置し、第2の集電体110上に、図2(C)のように第2
の集電体を覆う状態に触媒層112が位置する構造の断面模式図である。また、図2(B
)は、メッシュ状の第1の集電体108上に、凸状構造物として柱状の構造物を有する第
2の集電体110が位置し、第2の集電体110上に、図2(C)のように第2の集電体
を覆う状態に触媒層112が位置する構造の断面模式図である。外部から導入される酸素
を含む気体(例えば空気など)は、第1の集電体108の孔部分を通過して空気極102
の表面に到達する。なお、柱状の構造物は各々が独立した島状の構造物、線状の構造物、
格子状の構造物または蜂の巣状の構造物など、様々な形状とすることができる。
の巣状の構造物など、様々な形状とすることができる。なお、柱状の構造物を形成するに
あたり、第1の集電体108の開口部上に形成すると外部からの気体の導入量が減少して
しまう。そのため、第1の集電体108表面に形成された開口部の面積を1とした場合、
第2の集電体110形成後において開口部の面積が0.3以上、好ましくは0.5以上と
なるように、第2の集電体110を形成することが望ましいといえる。
これに限定されることはなく、上部に向かって細くなる形状、円柱形状、円錐形状など、
様々な形状とすることができる。
する第2の集電体110が位置し、第2の集電体110上に、図3(C)のように第2の
集電体を覆う状態に触媒層112が位置する構造の断面模式図である。また、図3(B)
は、メッシュ構造の第1の集電体108上に、凸状構造物としてウィスカーを有する第2
の集電体110が位置し、第2の集電体110上に、図3(C)のように第2の集電体1
10を覆う状態で触媒層112が位置する構造の断面模式図である。外部から導入される
酸素を含む気体(例えば空気など)は、第1の集電体108の孔部分を通過して空気極1
02の表面に到達する。
(ウィスカーの具体的な形成方法については、実施例1にて詳細に説明する。)。このた
め、柱状の構造物のように開口部を直接塞いでしまう(つまり、開口部上に直接ウィスカ
ーが形成される)ことがない。したがって、空気極の表面積を飛躍的に増大できる共に、
酸素を含む気体(例えば空気など)を外部から効率よく導入できる。
媒層112としては、1層以上100層以下のグラフェン膜を有する構造とすればよい。
グラフェン膜は、貴金属や酸化金属等の触媒を用いることなくグラフェン膜単体で触媒反
応を発現することが可能であり、電気泳動法などを用いて凹凸のある構造体の表面に均一
かつ非常に薄い厚さで形成することができる。これにより、エネルギー密度の高い蓄電装
置を提供できる。
コスト低減が可能となる。
04が、図1に示すように筐体106中に設置された構造である。
上述に記載した、本実施の形態における蓄電装置の作製方法の一例について、図4を用い
て説明する。
気を取り出す端子として機能する。第1の集電体108は、上述のとおり様々な材料およ
び構造とすることができるが、ここではチタンを主成分とするメッシュ状材料を用いる場
合について記載する。なお、筐体106から外側に出る部分(外部接続端子として機能す
る部分)については、メッシュ状材料でなくてもよい。
たフッ酸を用い、10秒以上1時間以下の処理を行えばよい。表面処理により、第1の集
電体108の表面の清浄性が向上する。また、表面状態が荒れ(つまり、表面に存在する
微細な凹凸が大きくなる)、後に形成する結晶性半導体層の密着性を向上させることがで
きる。凹凸が大きくなることで、所謂アンカー効果が生じ、凹部に半導体材料が入り込ん
で堆積されるため密着性を向上させることができる。また、フッ酸処理など薬液洗浄を行
った後に純水による流水洗浄を行ってもよい。これにより、第1の集電体108の表面の
清浄性が更に向上する。
の集電体110を形成する(図4(B)参照。)。第2の集電体110は、ここではCV
D法の一種であるLPCVD法を用いて、シリコンを主成分としたウィスカーを有するシ
リコン層を、第2の集電体110として形成する場合について記載する(ウィスカーの具
体的な形成方法については、実施例1にて詳細に説明する。)。なお、図2のような柱状
の構造物を形成する場合は、CVD法やPVD法により第2の集電体層110として機能
する膜を成膜した後、フォトリソグラフィ法を用いて当該膜を所定の形状に加工して第2
の集電体110とすればよい。
しては、水素化シリコン、フッ化シリコン、または塩化シリコンがあり、代表的には、S
iH4、Si2H6、SiF4、SiCl4、Si2Cl6等がある。加熱温度としては
、550℃より高い温度で、且つ、LPCVD装置または第1の集電体108が耐えうる
温度以下、好ましくは580℃以上650℃未満で行う。なお、原料ガスに、ヘリウム、
ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガス、窒素、及び水素の一以上を混合させてもよい。
また、圧力は、原料ガスを流して保持できる圧力の下限以上200Pa以下とする。
うことで、第1の集電体108と第2の集電体110との密着性を向上させることができ
る。これにより、蓄電装置の劣化を低減することができる。また、蓄電装置の生産性を向
上させることができる。
時のスループット向上やコスト低減が可能となる。
凸状構造物(ここではウィスカー)であるため、PVD法では第2の集電体110表面の
広い範囲に均一な触媒層112を形成することが難しいため、CVD法や電気泳動法を用
いることが好ましい。ここでは、電気泳動法により触媒層112を形成する方法について
記載する。
グラフェン膜を積層する場合、積層数を多くする程に膜が剥がれやすくなる傾向があるた
め、充放電時に触媒層112からグラフェン層が剥がれる可能性が高まる。そのため、グ
ラフェン膜は100層以下、より好ましくは50層以下、更に好ましくは20層以下とす
ることが望ましい。グラフェン膜は貴金属や酸化金属などの触媒材料を添加することなく
触媒として機能するため、触媒の使用による蓄電装置のコストおよび製造時間の増加を防
止できる。
P)等の溶媒に酸化グラフェンを分散させる。溶媒としては極性溶媒であることが好まし
い。またグラフェンの濃度は1リットル当たり0.1g以上10g以下とすることが好ま
しい。
注入した容器502に、グラフェンを形成する構造体(ここでは、表面に第2の集電体1
10が形成された第1の集電体108)を入れ、これを陽極とする。また、溶液に陰極と
なる導電体504を入れ、陽極と陰極の間に適切な電圧(例えば、5V以上20V以下)
を加える。なお、電圧は一定でなくてもよい。陽極と陰極の間を流れる電荷量を測定する
ことで、構造体に付着した酸化グラフェンの層の厚さを見積もることができる。
らに、真空中あるいは不活性ガス(窒素あるいは希ガス等)中などの還元性の雰囲気で1
50℃以上、好ましくは200℃以上の温度で加熱する。加熱する温度が高いほど、また
、加熱する時間が長いほど酸化グラフェンがよく還元され、純度が高く(すなわち、炭素
以外の元素の濃度の低い)電気伝導性の高いグラフェンが得られる。加熱する温度および
時間については、第1の集電体108および第2の集電体110との反応性を考慮して、
実施者が最適な条件を決定すればよい。なお、酸化グラフェンは150℃でグラフェンに
還元されることが知られている。
(C)および図4(D)(図4(D)は、図4(C)の第1の集電体108表面の一部を
拡大した図である。)のように、第1の集電体108上に第2の集電体110であるグラ
フェン層が形成され、空気極102となる。その際、隣接するグラフェン同士が結合し、
より巨大な網目状あるはシート状のネットワークを形成する。このようにして形成された
グラフェン層は、構造体に凹凸があっても、その凹部にも凸部にもほぼ均一な厚さで形成
される。なお、触媒層112の形成方法や構造などの具体的な例については、実施例1に
て記載する。
や溶解が生じない材料を用いればよい。
空気極102を順に設置(充填)し、最後に空気極側筐体106bで蓋をすることにより
、本実施の形態の蓄電装置が完成する。なお、電解液104は、液体の状態で負極側筐体
106a内に設置(充填)してもよいし、セパレータに含浸させた状態で負極側筐体10
6a内に設置してもよい。
例えば空気)のうち酸素を選択的に透過し、それ以外の物質(例えば水分など)が蓄電装
置内部に導入されない構造とすることにより、蓄電装置の信頼性や耐久性を高めることが
できる。
ルミニウム、亜鉛または鉄を主成分とする金属、合金または化合物の固体材料(例えばリ
チウム棒など)を用いればよい。
属、合金または化合物用いる場合、電解液104としては、水性電解液(水系電解液)を
用いればよい。なお、水性電解液としては公知の材料を用いればよい。
シウムを主成分とする金属、合金または化合物用いる場合、電解液104としては、有機
電解液(非水系電解液)を用いればよい。なお、非水性電解液としては公知の材料を用い
ればよい。
体106の封止方法については特段の限定はなく、公知の技術を用いればよい。
本実施の形態では、実施の形態1にて記載した蓄電装置とは異なる構成の蓄電装置につい
て、その構成および作製方法の一例を図6を用いて説明する。
図6は、本実施の形態の蓄電装置の構造図であり、リチウム負極600、空気極602お
よび固体電解質604が筐体610内に設けられ、リチウム負極600と固体電解質60
4間の空間に有機電解液606が、空気極602と固体電解質604間の空間に水性電解
液608が充填された構造である。なお、筐体610は、負極側筐体610aと空気極側
筐体610bに分離することができる。
在する点、および、固体電解質604を境界として、リチウム負極600側に充填された
電解液(有機電解液606)と空気極602側に充填された電解液(水性電解液608)
が異なる点で、実施の形態1と異なっている。
た、空気極602については、実施の形態1にて記載した空気極102と同構造とし、同
じ材料および方法を用いて形成すればよい。更に、筐体610についても、実施の形態1
にて記載した筐体106と同じものとすればよい。
知の材料を用いればよい。例えば、リチウム負極600としてリチウム金属を用いる場合
は、固体電解質604として、リチウムイオンのみを通過させる公知の材料(例えば、特
開2006−86102、特開2008−21416およびに記載された材料などの公知
材料)などを用いればよい。
、水性電解液608についても同様に、公知の水性電解液を用いればよい。
04、水性電解液608および空気極602を順に設置(充填)し、最後に空気極側筐体
610bで蓋をすることにより、本実施の形態の蓄電装置が完成する。なお、有機電解液
606および水性電解液608は、液体の状態で負極側筐体610a内に設置(充填)し
てもよいし、セパレータに含浸させた状態で負極側筐体610a内に設置してもよい。
例えば空気)のうち酸素を選択的に透過し、それ以外の物質(例えば水分など)が蓄電装
置内部に導入されない構造とすることにより、蓄電装置の信頼性や耐久性を高めることが
できる。
密度が求められる。実施の形態1にて記載したとおり、蓄電装置のエネルギー密度を高め
るためには、電解液として有機電解液を用いることが一般的である。
化リチウム(Li2O)や過酸化リチウム(Li2O2)などの固体の反応生成物が堆積
して、空気極102の反応を阻害するといった問題がある。これは、リチウム負極から移
動してきたリチウムイオンが空気極102の表面近傍で、外部から導入された酸素および
集電体を経由して供給される電子が反応することに起因する。
チウム負極600と空気極602の間に設け、リチウム負極600と固体電解質604間
の空間を有機電解液で満たし、空気極602と固体電解質604間の空間を水性電解液6
08で満たす。リチウム負極600から放出されるリチウムイオンは水性電解液608で
は極めて移動度が遅いため、リチウムイオンは固体電解質604と水性電解液608の界
面近傍に存在することとなる。
る電子(e−)、および水性電解液608中の水(H2O)が反応して水酸化物イオン(
OH−)が生成され、水性電解液中を移動してリチウムイオンと反応し、水酸化リチウム
(LiOH)となる。水酸化リチウムは水溶性であり、また空気極602から離れた箇所
で形成されるため、空気極602表面への固体の反応生成物の堆積を防止できる。
気極602の表面積は飛躍的に増大されているため、蓄電装置を本実施に記載の構造とす
ることにより、エネルギー密度を飛躍的に高めることができる。
本明細書に記載の蓄電装置は、電力により駆動する様々な製品の電源として用いることが
できる。本実施の形態では、これらの製品についての説明を行う。
ップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、DVD(Digital Versa
tile Disc)などの記録媒体に記憶された静止画または動画を再生する画像再生
装置、携帯電話、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルス
チルカメラ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、エアコンディシ
ョナーなどの空調設備、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、DNA保存用冷凍庫
、透析装置などが挙げられる。また、蓄電装置からの電力を用いて電動機により推進する
移動体なども含まれるものとする。当該移動体として、例えば、電気自動車、内燃機関と
電動機を併せ持った複合型自動車(ハイブリッドカー)、電動アシスト自転車を含む原動
機付自転車などが挙げられる。
電源と呼ぶ。)として、本発明の一態様の蓄電装置を用いることができる。または、装置
内に設置された蓄電装置は、主電源からの電力の供給が停止した場合に、製品に電力の供
給を行う非常用電源として用いることもできる。或いは、主電源や商用電源から電気機器
に供給される電力と並行して、電気機器に電力を供給するために、本発明の一態様の蓄電
装置を用いることもできる。
装置700はデスクトップ型のパーソナルコンピュータに相当し、テレビジョン装置に相
当し、筐体701、表示部702、蓄電装置703などを有し、筐体701にはスピーカ
ーや各種スイッチ(例えば電源スイッチ)などが設けられている。また、放送電波を受信
するアンテナやチューナーを取り付けることで、テレビジョン装置として用いることもで
きる。
光装置、電気泳動表示装置、DMD(Digital Micromirror Dev
ice)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field
Emission Display)などの半導体表示装置を用いることができる。
もよい。表示装置700の電力としては、外部から供給される電力(商用電源)を用いて
もよいし、蓄電装置703に蓄えられた電力を用いてもよい。したがって、停電などによ
り外部からの電力供給が停止しても、蓄電装置703に蓄えられた電力を用いて表示装置
700を動作させることができる。
ながら電力の一部を蓄電装置703に蓄え、蓄えた電力を用いて昼間電力の時間帯に表示
装置700を動作させるといった使用方法もできる。これにより、電気料金の安い深夜電
力を有効に活用することができるため、装置使用者にとっては月々の電気料金を安くする
ことができるという効果があり、また、電力供給者にとっても、電力の使用量を平準化で
きるという効果がある。
ルコンピュータやテレビジョン装置に限定されず、ノート型のパーソナルコンピュータの
モニターや広告表示板など、様々な表示装置に適用することもできる。
どを有しており、蓄電装置713は、筐体711の内部に設けられている。照明装置71
0の電力としては、外部から供給されるものを用いてもよいし、蓄電装置713の電力を
用いてもよい。照明装置710は表示装置700と同様に、停電等の非常時でも使用可能
、電気料金の低減、電力の平準化などの効果がある。
様の蓄電装置を用いる照明装置は、壁、床および窓などに据え付けられるものであっても
よいし、卓上型の照明装置などであってもよい。
、白熱電球及び蛍光灯などの放電ランプ、LEDまたは有機EL素子などの発光素子が挙
げられる。
送風口722及び蓄電装置723などを有する。図7(A)では、蓄電装置723が筐体
721に設けられている場合を示しているが、これに限定されず、蓄電装置723は室外
機(図示しない)に設けられてもよい。または、蓄電装置723が、筐体721及び室外
機(図示しない)の両方に設けられていてもよい。図7(A)に示すエアコンディショナ
ーの電力としては、外部から供給されるものを用いてもよいし、蓄電装置723の電力を
用いてもよい。エアコンディショナー720は表示装置700と同様に、停電等の非常時
でも使用可能、電気料金の低減、電力の平準化などの効果がある。
が室内機と室外機が一の筐体に収められたエアコンディショナーに本発明の一態様の蓄電
装置が用いてもよい。
用扉733、野菜室用扉734、蓄電装置735などを有する。蓄電装置735は、筐体
731の内部に設けられている。電気冷凍冷蔵庫730の電力としては、外部から供給さ
れるものを用いてもよいし、蓄電装置735の電力を用いてもよい。よって、停電などに
より外部からの電力の供給が停止しても、蓄電装置735として本発明の一態様の蓄電装
置を用いることで、電気冷凍冷蔵庫730を動作させることが可能となる。電気冷凍冷蔵
庫730は表示装置700と同様に、停電等の非常時でも使用可能、電気料金の低減、電
力の平準化などの効果がある。
各種製品に電力を供給することができる。このように、1つの蓄電装置を用いて複数の製
品に電力を供給することにより、例えば停電時などにおいて、使用頻度の低い装置への電
力供給を停止し、使用頻度の高い装置に電力を集中的に供給する、といったように、製品
の使用状況に応じて電力を割り振ることができるため、使用頻度の高い装置を長時間に渡
って動作させることができる。
置751の電力は、制御回路752により出力が調整されて、駆動装置753に供給され
る。制御回路752は、コンピュータ754によって制御される。
み合わせて構成される。コンピュータ754は、電気自動車750の運転者の操作情報(
加速、減圧、停止など)や走行時の情報(登り坂や下り坂等の情報、駆動輪にかかる負荷
情報など)の入力情報に基づき、制御回路752に制御信号を出力する。制御回路752
は、コンピュータ754の制御信号により、蓄電装置751から供給される電気エネルギ
ーを調整して駆動装置753の出力を制御する。交流電動機を搭載している場合は、直流
を交流に変換するインバータも内蔵される。
る。蓄電装置751として、本発明の一態様に係る蓄電装置を搭載することで、充電時間
の短縮化などに寄与することができ、利便性を向上させることができる。また、充放電速
度の向上により、電気自動車の加速力向上に寄与することができ、電気自動車の性能向上
に寄与することができる。また、蓄電装置751の特性向上により、蓄電装置751自体
を小型軽量化できれば、車両の軽量化に寄与することができ、燃費向上にも結びつけるこ
とができる。
験結果を用いて説明する。なお、本実施例では、ウィスカーの形状説明を分かり易くする
ため、上述の実施の形態にて記載した、多孔質状やメッシュ状の第1の集電体ではなく、
チタンシートを第1の集電体と見立てて実験を行った。
をLPCVD装置の反応室(石英製)内に導入し、反応室内の温度を550℃に保持した
状態で、圧力が150Paとなるようにシランガス及び窒素ガスの流量をSiH4/N2
=300sccm/300sccmとして導入し、LPCVD法によりチタン膜上に第2
の集電体を形成した。なお、昇温時には、少量のヘリウムガスを反応室内に導入した。
ectron Microscope)像を、図8(A)及び図8(B)に示す。なお、
図8(A)の倍率は1000倍、図8(B)の倍率は5000倍である。
成されている。これにより、ウィスカー上に触媒層を形成することにより、触媒層の表面
積は飛躍的に増大することが分かる。なお、ウィスカーの軸に沿う長さは、長いもので8
0μm〜100μm程度であった。また、ウィスカーの断面における幅は、0.7μm〜
1.0μmであった。なお、ウィスカーは頂部に向かって湾曲しているものも複数見受け
られた。
す。なお、図9の倍率は30万倍である。
れた。この凸部は、ウィスカー表面に網目状に形成されているようにも見える。なお、凸
部の高さは概ね、5nm以上50nm以下程度である。
試料(以下、試料Aという)について説明する。
液は以下のように作製した。グラファイト(鱗片カーボン)と濃硫酸を混合したものに、
過マンガン酸カリウムを加えた後、2時間撹拌した。その後、純水を加え、加熱して15
分撹拌し、さらに過酸化水素水を加えることで、酸化グラファイトを含む黄褐色の溶液を
得た。さらに、これを濾過し、塩酸を加えた後、純水で洗浄した。そして、超音波処理を
2時間おこない、酸化グラファイトを酸化グラフェンにし、酸化グラフェンを分散させた
水溶液を得た。
してステンレス板を浸漬した。ここでは、チタンシートとステンレス板との距離を1cm
とした。そして、チタンシートを陽極、ステンレス板を陰極として、10Vの電圧を5分
間かけた。この間に流れた電荷量は0.114Cであった。装置の模式図は図5に示すと
おりである。
0℃で10時間加熱した。このようにして試料Aを作製した。得られたウィスカー状のシ
リコンの断面TEM観察結果を図10(A)および図10(B)に示す。なお、図10(
A)の倍率は205万倍、図10(B)は図10(A)の点線部を拡大したものである。
酸化膜の上に、2〜3nm程度のグラフェン層が形成されていることが確認された。
ところ、ウィスカーのどの箇所を測定しても認められたため、ウィスカー表面のほぼ全面
がグラフェンで覆われていると考えられる。
きが大きく、グラフェンの層の厚さを制御することが困難であった。
現性がよかった。このように、実施の形態1で示される電気泳動法によるグラフェンの層
の形成は、塗布法に比較して、極めて均一におこなえることが示された。
102 空気極
104 電解液
106 筐体
106a 負極側筐体
106b 空気極側筐体
108 第1の集電体
110 第2の集電体
112 触媒層
500 溶液
502 容器
504 導電体
600 リチウム負極
602 空気極
604 固体電解質
606 有機電解液
608 水性電解液
610 筐体
610a 負極側筐体
610b 空気極側筐体
700 表示装置
701 筐体
702 表示部
703 蓄電装置
710 照明装置
711 筐体
712 光源
713 蓄電装置
720 エアコンディショナー
721 筐体
722 送風口
723 蓄電装置
730 電気冷凍冷蔵庫
731 筐体
732 冷蔵室用扉
733 冷凍室用扉
734 野菜室用扉
735 蓄電装置
740 蓄電装置
750 電気自動車
751 蓄電装置
752 制御回路
753 駆動装置
754 コンピュータ
Claims (3)
- 金属電極と、
空気極と、
前記金属電極と前記空気極の間に位置する固体電解質と、
前記金属電極と前記固体電解質の間に充填された第1の電解液と、
前記空気極と前記固体電解質の間に充填された第2の電解液と、
を有し、
前記金属電極は、負極であり、
前記金属電極は、リチウムを有し、
前記固体電解質は、リチウムイオンを選択的に通過させることができる機能を有し、
前記空気極は、
第1の集電体と、
前記第1の集電体に接して設けられた凸状構造物を有する第2の集電体と、
前記第2の集電体上に設けられた1層以上100層以下のグラフェン膜と、を有し、
前記第1の集電体は、多孔質構造またはメッシュ構造を有し、
前記第2の集電体は、前記多孔質構造またはメッシュ構造の開口部を塞がないように設けられることを特徴とする蓄電装置。 - 請求項1において、
前記凸状構造物は、前記第1の集電体が存在する部分に選択的に形成されていることを特徴とする蓄電装置。 - 請求項1または2において、
前記凸状構造物は、シリコンを主成分としたウィスカーであることを特徴とする蓄電装置。
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