JP3009001B2 - 温度差電池 - Google Patents
温度差電池Info
- Publication number
- JP3009001B2 JP3009001B2 JP3303502A JP30350291A JP3009001B2 JP 3009001 B2 JP3009001 B2 JP 3009001B2 JP 3303502 A JP3303502 A JP 3303502A JP 30350291 A JP30350291 A JP 30350291A JP 3009001 B2 JP3009001 B2 JP 3009001B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature difference
- electrode
- temperature
- difference battery
- graphite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱を電気に変える熱電
変換器としての電気化学的温度差電池、特にレドックス
対の温度による酸化還元電位の変化を利用した温度差電
池に関する。
変換器としての電気化学的温度差電池、特にレドックス
対の温度による酸化還元電位の変化を利用した温度差電
池に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、熱を電気に変える熱電変換器とし
て電気化学的温度差電池が知られており、この電気化学
的温度差電池は、電極に対して可逆的電荷移動反応する
レドックス対イオンを含む電解質溶液中に同種類の電極
２個を設けて、これらに温度差を与えることにより両電
極間に電位差、即ち熱起電力を生じさせるものである。
レドックス対として、フェロシアンイオンおよびフェリ
シアンイオンを用いた場合、負の熱起電力を発生し、高
温側および低温側で以下に示す反応をするため高温側が
負極、低温側が正極になる。
て電気化学的温度差電池が知られており、この電気化学
的温度差電池は、電極に対して可逆的電荷移動反応する
レドックス対イオンを含む電解質溶液中に同種類の電極
２個を設けて、これらに温度差を与えることにより両電
極間に電位差、即ち熱起電力を生じさせるものである。
レドックス対として、フェロシアンイオンおよびフェリ
シアンイオンを用いた場合、負の熱起電力を発生し、高
温側および低温側で以下に示す反応をするため高温側が
負極、低温側が正極になる。
【０００３】 Ｆｅ（ＣＮ）6 3-＋ｅ- → Ｆｅ（ＣＮ）6 4- （低
温、正極） Ｆｅ（ＣＮ）6 4- → Ｆｅ（ＣＮ）6 3-＋ｅ- （高
温、負極） このような温度差電池の温度差１℃あたりの起電力、即
ち熱起電力はレドックス対の熱起電力に依存しており、
上記の場合１．４ｍＶ／℃である。また、電極は白金等
の極めて溶解電位の高い腐食等の起こり難い材料が用い
られており、これらの電極の表面積に比例した出力電流
が得られていた。従って、電流を増加させるためには、
電極表面積を大きくせざるを得ず、出力密度が低下し価
格の点でも高価なものとなっていた。
温、正極） Ｆｅ（ＣＮ）6 4- → Ｆｅ（ＣＮ）6 3-＋ｅ- （高
温、負極） このような温度差電池の温度差１℃あたりの起電力、即
ち熱起電力はレドックス対の熱起電力に依存しており、
上記の場合１．４ｍＶ／℃である。また、電極は白金等
の極めて溶解電位の高い腐食等の起こり難い材料が用い
られており、これらの電極の表面積に比例した出力電流
が得られていた。従って、電流を増加させるためには、
電極表面積を大きくせざるを得ず、出力密度が低下し価
格の点でも高価なものとなっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来のレドッ
クス温度差電池における出力電流が小さいという問題点
を解決したレドックス温度差電池を提供することを目的
とする。
クス温度差電池における出力電流が小さいという問題点
を解決したレドックス温度差電池を提供することを目的
とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の点に
鑑み鋭意検討した結果、異なる温度に設定された高温側
電極および低温側電極の間に、酸化還元電位が温度によ
って変化するレドックス対を含む電解質溶液を有する温
度差電池において、上記電極材料に、層間にレドックス
対を挿入した黒鉛層間化合物を用いることによって、出
力電流の大きな温度差電池を提供し得ることを見出し本
発明に到達した。
鑑み鋭意検討した結果、異なる温度に設定された高温側
電極および低温側電極の間に、酸化還元電位が温度によ
って変化するレドックス対を含む電解質溶液を有する温
度差電池において、上記電極材料に、層間にレドックス
対を挿入した黒鉛層間化合物を用いることによって、出
力電流の大きな温度差電池を提供し得ることを見出し本
発明に到達した。
【０００６】本発明における電極材料を用いることによ
り、レドックス対の電荷移動反応が電極表面のみなら
ず、黒鉛層間中でも起こることから実質的に反応面積を
増大させることができ、電極単位体積あたりの電流値を
極めて大きくできるものである。従来の温度差電池の電
極としては、厚さ１００μｍ程度の白金製金属板等が用
いられていたが、レドックス対の電荷移動反応はこのよ
うな金属板の表面のみで起こり、レドックス対が金属内
部まで侵入できず、金属板の厚さ方向の内部で電荷移動
反応を起こすことはできなかった。一方、本発明による
層間にレドックス対を挿入した黒鉛層間化合物を電極と
して用いることにより、黒鉛層間隔がレドックス対挿入
により広げられ、電極表面のみならず厚さ方向の電極内
部においても電荷移動反応が起こるため、電極単位体積
あたりの電荷移動反応量が増加し、出力電流が極めて大
きくなるものである。
り、レドックス対の電荷移動反応が電極表面のみなら
ず、黒鉛層間中でも起こることから実質的に反応面積を
増大させることができ、電極単位体積あたりの電流値を
極めて大きくできるものである。従来の温度差電池の電
極としては、厚さ１００μｍ程度の白金製金属板等が用
いられていたが、レドックス対の電荷移動反応はこのよ
うな金属板の表面のみで起こり、レドックス対が金属内
部まで侵入できず、金属板の厚さ方向の内部で電荷移動
反応を起こすことはできなかった。一方、本発明による
層間にレドックス対を挿入した黒鉛層間化合物を電極と
して用いることにより、黒鉛層間隔がレドックス対挿入
により広げられ、電極表面のみならず厚さ方向の電極内
部においても電荷移動反応が起こるため、電極単位体積
あたりの電荷移動反応量が増加し、出力電流が極めて大
きくなるものである。
【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。
【０００８】本発明の温度差電池に利用されるレドック
ス対は、従来のレドックス温度差電池に慣用されている
正または負の熱起電力を発生させるものを用いることが
でき、得られる熱起電力の絶対値ができるだけ大きいも
のが好ましい。このようなレドックス対としては、正の
熱起電力を発生するものとして、第一鉄イオンおよび第
二鉄イオンのレドックス対が、負の熱起電力を発生する
ものとして、フェロシアンイオンおよびフェリシアンイ
オンのレドックス対が好適に用いられるが、本発明はこ
れらのみに限定されず、熱起電力を発生させ得る種々の
レドックス対を使用することができる。
ス対は、従来のレドックス温度差電池に慣用されている
正または負の熱起電力を発生させるものを用いることが
でき、得られる熱起電力の絶対値ができるだけ大きいも
のが好ましい。このようなレドックス対としては、正の
熱起電力を発生するものとして、第一鉄イオンおよび第
二鉄イオンのレドックス対が、負の熱起電力を発生する
ものとして、フェロシアンイオンおよびフェリシアンイ
オンのレドックス対が好適に用いられるが、本発明はこ
れらのみに限定されず、熱起電力を発生させ得る種々の
レドックス対を使用することができる。
【０００９】本発明において、黒鉛層間化合物は、アク
リロニトリル等から合成される黒鉛繊維、気相成長法に
より製造される黒鉛繊維、ポリ（ｐ−フェニレン−１，
３，４−オキサジアゾール）、ポリイミド樹脂等を熱処
理することにより得られる黒鉛フィルム、あるいは天然
黒鉛、ＨＯＰＧ（Highly Oriented Pyrolytic Graphit
e）に代表される高配向熱分解黒鉛等を用いることがで
きる。これらの黒鉛化合物は炭素同士が六角網面状に共
有結合しており、その面同士は弱いファン・デル・ワー
ルス力により層状に結合していることから、層間にレド
ックス対等のイオンを挿入することが可能である。
リロニトリル等から合成される黒鉛繊維、気相成長法に
より製造される黒鉛繊維、ポリ（ｐ−フェニレン−１，
３，４−オキサジアゾール）、ポリイミド樹脂等を熱処
理することにより得られる黒鉛フィルム、あるいは天然
黒鉛、ＨＯＰＧ（Highly Oriented Pyrolytic Graphit
e）に代表される高配向熱分解黒鉛等を用いることがで
きる。これらの黒鉛化合物は炭素同士が六角網面状に共
有結合しており、その面同士は弱いファン・デル・ワー
ルス力により層状に結合していることから、層間にレド
ックス対等のイオンを挿入することが可能である。
【００１０】層間にレドックス対を挿入した黒鉛層間化
合物の合成法としては、黒鉛化合物をこれらレドックス
対を含む化合物溶液中に浸漬しておくか、その状態で煮
沸する方法、黒鉛化合物およびレドックス対を含む化合
物を真空中で加熱する方法、またはそれらの混合粉末を
高温下加圧する方法などが挙げられる。
合物の合成法としては、黒鉛化合物をこれらレドックス
対を含む化合物溶液中に浸漬しておくか、その状態で煮
沸する方法、黒鉛化合物およびレドックス対を含む化合
物を真空中で加熱する方法、またはそれらの混合粉末を
高温下加圧する方法などが挙げられる。
【００１１】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではな
い。
明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではな
い。
【００１２】実施例１ フェロシアン化カリウムおよびフェリシアン化カリウム
の０．４モル／ｌ水溶液中に厚さ１００μｍの黒鉛シー
トを入れ、１００℃で煮沸することによりフェロシアン
化カリウムおよびフェリシアン化カリウムが層間に挿入
された黒鉛層間化合物が得られた。この黒鉛層間化合物
の一部を定量分析したところ、黒鉛層間毎にフェロシア
ン化カリウムおよびフェリシアン化カリウムが挿入され
たステージ数１の黒鉛層間化合物であった。この黒鉛層
間化合物を用いて縦１．５ｃｍ、横１．５ｃｍ、厚さ１
００μｍの平板状電極を形成し、図１に示す２枚の黒鉛
層間化合物電極Ｅ１、Ｅ２とし、その間に０．４モル／
ｌのフェロシアン化カリウムおよびフェリシアン化カリ
ウム水溶液１を満たし、密閉固定した。この温度差電池
を高温熱源２および低温浴３の間に設置し、Ｅ１側電極
温度を６５℃、Ｅ２側電極温度を２０℃とし、温度差４
５℃のＥ１、Ｅ２の間に電流計および電圧計を接続した
ところ、約６０ｍＶの電位差と約１５０ｍＡの電流が得
られた。
の０．４モル／ｌ水溶液中に厚さ１００μｍの黒鉛シー
トを入れ、１００℃で煮沸することによりフェロシアン
化カリウムおよびフェリシアン化カリウムが層間に挿入
された黒鉛層間化合物が得られた。この黒鉛層間化合物
の一部を定量分析したところ、黒鉛層間毎にフェロシア
ン化カリウムおよびフェリシアン化カリウムが挿入され
たステージ数１の黒鉛層間化合物であった。この黒鉛層
間化合物を用いて縦１．５ｃｍ、横１．５ｃｍ、厚さ１
００μｍの平板状電極を形成し、図１に示す２枚の黒鉛
層間化合物電極Ｅ１、Ｅ２とし、その間に０．４モル／
ｌのフェロシアン化カリウムおよびフェリシアン化カリ
ウム水溶液１を満たし、密閉固定した。この温度差電池
を高温熱源２および低温浴３の間に設置し、Ｅ１側電極
温度を６５℃、Ｅ２側電極温度を２０℃とし、温度差４
５℃のＥ１、Ｅ２の間に電流計および電圧計を接続した
ところ、約６０ｍＶの電位差と約１５０ｍＡの電流が得
られた。
【００１３】比較のため、黒鉛層間化合物電極の代わり
に同一形状（縦１．５ｃｍ、横１．５ｃｍ、厚さ１００
μｍ）の白金板電極を用いて温度差電池を形成し、同条
件で電圧、電流を測定したところ、それぞれ５０ｍＶ、
３０ｍＡであった。
に同一形状（縦１．５ｃｍ、横１．５ｃｍ、厚さ１００
μｍ）の白金板電極を用いて温度差電池を形成し、同条
件で電圧、電流を測定したところ、それぞれ５０ｍＶ、
３０ｍＡであった。
【００１４】以上の結果より、本発明による黒鉛層間化
合物電極を用いた温度差電池は、従来の温度差電池に比
べ約４倍の出力電流の向上が認められた。
合物電極を用いた温度差電池は、従来の温度差電池に比
べ約４倍の出力電流の向上が認められた。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、電極として層間にレド
ックス対を挿入した黒鉛層間化合物電極を用いることに
より、高温側および低温側電極でのレドックス対の酸化
還元反応が、電極表面のみならず黒鉛層間でも起こるた
め、実質的な反応面積を増大させ単位体積あたりの電荷
移動反応量を増加させること可能となり、出力電流を極
めて大きくすることができる。本発明の温度差電池は熱
電変換や排熱利用、コジェネレーション用途として極め
て有効である。
ックス対を挿入した黒鉛層間化合物電極を用いることに
より、高温側および低温側電極でのレドックス対の酸化
還元反応が、電極表面のみならず黒鉛層間でも起こるた
め、実質的な反応面積を増大させ単位体積あたりの電荷
移動反応量を増加させること可能となり、出力電流を極
めて大きくすることができる。本発明の温度差電池は熱
電変換や排熱利用、コジェネレーション用途として極め
て有効である。
【図１】本発明の温度差電池の一構成例を示す概念図で
ある。
ある。
１ フェロシアン化カリウムおよびフェリシアン化カリ
ウム水溶液 ２ 高温熱源 ３ 低温浴 Ｅ１，Ｅ２ 黒鉛層間化合物電極
ウム水溶液 ２ 高温熱源 ３ 低温浴 Ｅ１，Ｅ２ 黒鉛層間化合物電極
Claims (2)
- 【請求項１】 異なる温度に設定された高温側電極およ
び低温側電極の間に、酸化還元電位が温度によって変化
するレドックス対を含む電解質溶液を有する温度差電池
において、上記電極材料に、層間にレドックス対を挿入
した黒鉛層間化合物を用いることを特徴とする温度差電
池。 - 【請求項２】 レドックス対がフェロシアンイオンおよ
びフェリシアンイオンからなることを特徴とする請求項
１記載の温度差電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3303502A JP3009001B2 (ja) | 1991-11-19 | 1991-11-19 | 温度差電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3303502A JP3009001B2 (ja) | 1991-11-19 | 1991-11-19 | 温度差電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05144483A JPH05144483A (ja) | 1993-06-11 |
| JP3009001B2 true JP3009001B2 (ja) | 2000-02-14 |
Family
ID=17921746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3303502A Expired - Lifetime JP3009001B2 (ja) | 1991-11-19 | 1991-11-19 | 温度差電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3009001B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012140856A1 (ja) * | 2011-04-12 | 2012-10-18 | 国立大学法人 筑波大学 | 酸化還元反応を利用した熱電変換方法および熱電変換素子 |
| KR101691946B1 (ko) * | 2014-04-17 | 2017-01-02 | 부산대학교 산학협력단 | 열전 장치용 전해질 용액 및 이를 포함하는 열전 장치 |
| WO2015160150A1 (ko) * | 2014-04-17 | 2015-10-22 | 부산대학교 산학협력단 | 열전 장치용 전해질 용액 및 이를 포함하는 열전 장치 |
-
1991
- 1991-11-19 JP JP3303502A patent/JP3009001B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05144483A (ja) | 1993-06-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhong et al. | Electrochemical behaviour of vanadium (V)/vanadium (IV) redox couple at graphite electrodes | |
| Clark et al. | Photogalvanic cells | |
| Burrows | Discharge behavior of redox thermogalvanic cells | |
| Takamura et al. | Enhancement of Li doping/undoping reaction rate of carbonaceous materials by coating with an evaporated metal film | |
| Shin et al. | Electrochemical insertion of lithium into multi-walled carbon nanotubes prepared by catalytic decomposition | |
| JPH01195676A (ja) | 固体リチウム電池 | |
| Qian et al. | Thermo-electrochemical cells based on carbon nanotube electrodes by electrophoretic deposition | |
| Kim et al. | Effect of nanofluidic electrolyte on the electrochemically enhanced long‐term efficiency of vanadium redox flow battery | |
| JP3009001B2 (ja) | 温度差電池 | |
| Moon et al. | Kinetics of electrolysis of transition-metal hexacyanide films and reduction of silver ferricyanide | |
| JP2000273351A (ja) | 黒鉛化カーボンブラックの製造方法 | |
| WO2020121799A1 (ja) | 熱電池 | |
| Le Xu et al. | Effect of hydrogen pressure on the intrinsic kinetics of hydrogen evolution reaction at Pt (111) electrode | |
| JPH04190572A (ja) | 温度差電池 | |
| JP2703685B2 (ja) | 蓄電形温度差電池 | |
| Liu et al. | Tuning the Hydration Entropy of Cations during Electrochemical Intercalation for High Thermopower | |
| Inagaki et al. | Criteria for the intercalation of sulfuric acid | |
| Takasu et al. | Faradaic adsorption of Li on carbon. A novel concept for the capacity of the anode of the Li-ion secondary batteries | |
| JP3082884B2 (ja) | 蓄電型温度差電池 | |
| JPS6260476B2 (ja) | ||
| US3554807A (en) | Thermoelectric elements comprising bismuth-bismuth bromide or bismuth-bismuth chloride | |
| Takahashi et al. | Chemical and electrochemical properties of Li+-and K+-implanted glassy carbons | |
| JP3425619B2 (ja) | 薄膜形成方法 | |
| Kimura et al. | Electrochemical oxidation of nicotinamide-adenine dinucleotide (NADH) by modified pyrolytic graphite electrode | |
| US20200036071A1 (en) | Graphene thermocell for energy harvesting device and a process for manufacture thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071203 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081203 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091203 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101203 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101203 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111203 Year of fee payment: 12 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |