JP3019112B2 - 光燃料電池 - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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- 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
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
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- 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
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- Fuel Cell (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸素−水素燃料電池に
係わり、光エネルギーでこれらの酸素、水素燃料を生成
し、実質的に燃料を供給する必要のない燃料電池、換言
すれば、光を燃料源（エネルギー源）とした燃料電池に
関するものである。
係わり、光エネルギーでこれらの酸素、水素燃料を生成
し、実質的に燃料を供給する必要のない燃料電池、換言
すれば、光を燃料源（エネルギー源）とした燃料電池に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、燃料を供給しつつ、該燃料
が電気化学反応する過程における自由エネルギー変化を
直接電気エネルギー変化に変換する装置であり、エネル
ギー変換効率が高いとの理由から、リン酸電解液燃料電
池やアルカリ電解液燃料電池、および溶融炭酸塩燃料電
池、固体電解質燃料電池などの各種の燃料電池が従来か
ら活発に開発されてきた。しかし、従来のこの種の燃料
電池では、燃料となる水素と酸素を分離し、これらを高
純度化した後に供給しなければならないといった問題が
あった。一方、近年、図４に示すような、水素と酸素の
混合燃料の供給によっても動作する小形の燃料電池が米
国のＣ．Ｋ．Ｄｙｅｒによって開発され、ＮＡＴＵＲＥ
誌（ＶＯＬ３４３、８ ＦＥＢＲＵＡＲＹ １９９０）
に発表された。図４において図中符号１２は基板、１３
は内部電極、１４は外部電極、１５は電解質膜である。
が電気化学反応する過程における自由エネルギー変化を
直接電気エネルギー変化に変換する装置であり、エネル
ギー変換効率が高いとの理由から、リン酸電解液燃料電
池やアルカリ電解液燃料電池、および溶融炭酸塩燃料電
池、固体電解質燃料電池などの各種の燃料電池が従来か
ら活発に開発されてきた。しかし、従来のこの種の燃料
電池では、燃料となる水素と酸素を分離し、これらを高
純度化した後に供給しなければならないといった問題が
あった。一方、近年、図４に示すような、水素と酸素の
混合燃料の供給によっても動作する小形の燃料電池が米
国のＣ．Ｋ．Ｄｙｅｒによって開発され、ＮＡＴＵＲＥ
誌（ＶＯＬ３４３、８ ＦＥＢＲＵＡＲＹ １９９０）
に発表された。図４において図中符号１２は基板、１３
は内部電極、１４は外部電極、１５は電解質膜である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この燃料電池は、燃料
である水素と酸素を分離する必要がないという点では優
れているが、これらの燃料を外部電極１４上へ供給して
やらなれば動作しないという点で、上述のリン酸電解液
燃料電池やアルカリ電解液燃料電池、および溶融炭酸塩
燃料電池、固体電解質燃料電池と同様の欠点を有してい
る。さらに、この電池は、水素と酸素等の混合ガスを外
部電極１４上まで導いてやらなければならず、実用上
は、これら爆発性に富む混合ガスの供給、または、保管
といった安全上の問題があり、携帯使用可能な燃料電池
を実現することは困難であった。
である水素と酸素を分離する必要がないという点では優
れているが、これらの燃料を外部電極１４上へ供給して
やらなれば動作しないという点で、上述のリン酸電解液
燃料電池やアルカリ電解液燃料電池、および溶融炭酸塩
燃料電池、固体電解質燃料電池と同様の欠点を有してい
る。さらに、この電池は、水素と酸素等の混合ガスを外
部電極１４上まで導いてやらなければならず、実用上
は、これら爆発性に富む混合ガスの供給、または、保管
といった安全上の問題があり、携帯使用可能な燃料電池
を実現することは困難であった。
【０００４】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、酸素と水素の反応を利用してエネルギーを取り出す
燃料電池において、これらの酸素、水素燃料を、光エネ
ルギーの存在下で、電池内電解質中に生成することが可
能であり、実質的に該燃料を供給する必要がなく、持ち
運び可能で、かつ、経済性に富む燃料電池を提供するこ
とを目的とする。
で、酸素と水素の反応を利用してエネルギーを取り出す
燃料電池において、これらの酸素、水素燃料を、光エネ
ルギーの存在下で、電池内電解質中に生成することが可
能であり、実質的に該燃料を供給する必要がなく、持ち
運び可能で、かつ、経済性に富む燃料電池を提供するこ
とを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の光燃料電池は、気体透過性の第１の電解質と光触媒を
含む第２の電解質との中間に多孔質触媒からなる第１の
電極が設けられ、該第１の電解質に隣接して非多孔質触
媒からなる第２の電極が設けられてなることを前記課題
の解決手段とした。また、請求項２に記載の光燃料電池
は、請求項１に記載の光燃料電池であって、第１の電極
と第２の電解質との間に多孔質の溌水膜が介在するよ
う、第１の電極の片面を該多孔質の溌水膜で被覆したこ
とを前記課題の解決手段とした。また、請求項３に記載
の光燃料電池は、請求項１または２に記載の光燃料電池
であって、光触媒が半導体部と金属部とにより構成され
た微粒子からなり、かつ、該微粒子が上記第２の電解質
中に分散されてなることを前記課題の解決手段とした。
また、請求項４に記載の光燃料電池は請求項１ないし３
のいずれかに記載の光燃料電池であって、第２の電解質
が、水素イオン、または、水素イオンよりもイオン化傾
向の大きな陽イオンを含み、かつ、水酸イオン、また
は、水酸イオンよりもイオン化傾向の大きな陰イオンを
含む水溶液電解質からなることを前記課題の解決手段と
した。
の光燃料電池は、気体透過性の第１の電解質と光触媒を
含む第２の電解質との中間に多孔質触媒からなる第１の
電極が設けられ、該第１の電解質に隣接して非多孔質触
媒からなる第２の電極が設けられてなることを前記課題
の解決手段とした。また、請求項２に記載の光燃料電池
は、請求項１に記載の光燃料電池であって、第１の電極
と第２の電解質との間に多孔質の溌水膜が介在するよ
う、第１の電極の片面を該多孔質の溌水膜で被覆したこ
とを前記課題の解決手段とした。また、請求項３に記載
の光燃料電池は、請求項１または２に記載の光燃料電池
であって、光触媒が半導体部と金属部とにより構成され
た微粒子からなり、かつ、該微粒子が上記第２の電解質
中に分散されてなることを前記課題の解決手段とした。
また、請求項４に記載の光燃料電池は請求項１ないし３
のいずれかに記載の光燃料電池であって、第２の電解質
が、水素イオン、または、水素イオンよりもイオン化傾
向の大きな陽イオンを含み、かつ、水酸イオン、また
は、水酸イオンよりもイオン化傾向の大きな陰イオンを
含む水溶液電解質からなることを前記課題の解決手段と
した。
【０００６】
【実施例】図１および図２は本発明の実施例を説明する
図であって、図１は、本発明電池の外観図、図２は図１
のII−II線に添う断面図である。図中符号１は電池ケー
ス、２，３は電池端子であり、電池端子２および３の間
には負荷（電気機器）が接続される。また、４は多孔質
触媒からなる第１の電極、５は非多孔質触媒からなる第
２の電極、６は第１の電極４と第２の電極５に挟まれて
なる気体透過性の第１の電解質であり、７はこれと第１
の電解質６とで上記第１の電極４を挟むように構成され
た第２の電解質である。さらに、８は上記第２の電解質
７中へ分散されてなる光触媒である。なお、本実施例で
は、第１の電極４は、その片面（第２の電解質７側の表
面）が多孔質溌水膜４ａで被覆された構成となってい
る。また図３は、本発明の光燃料電池における光触媒微
粒子８部分の拡大図であり、該光触媒８は半導体部９と
金属部１０からなる微粒子により構成されている。な
お、図３においては、第２の電解質７として酸性水溶液
電解質を使用した例を示した。
図であって、図１は、本発明電池の外観図、図２は図１
のII−II線に添う断面図である。図中符号１は電池ケー
ス、２，３は電池端子であり、電池端子２および３の間
には負荷（電気機器）が接続される。また、４は多孔質
触媒からなる第１の電極、５は非多孔質触媒からなる第
２の電極、６は第１の電極４と第２の電極５に挟まれて
なる気体透過性の第１の電解質であり、７はこれと第１
の電解質６とで上記第１の電極４を挟むように構成され
た第２の電解質である。さらに、８は上記第２の電解質
７中へ分散されてなる光触媒である。なお、本実施例で
は、第１の電極４は、その片面（第２の電解質７側の表
面）が多孔質溌水膜４ａで被覆された構成となってい
る。また図３は、本発明の光燃料電池における光触媒微
粒子８部分の拡大図であり、該光触媒８は半導体部９と
金属部１０からなる微粒子により構成されている。な
お、図３においては、第２の電解質７として酸性水溶液
電解質を使用した例を示した。
【０００７】第１の電極４および第２の電極５は、Ｐ
ｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Iｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｐｔ−Ｃ
ｏ、Ｐｔ−Ａｕ、Ｐｔ−Ｓｎ、Ｐｄ−Ｎｉ、Ｐｄ−Ａ
ｕ、Ｒｕ−Ｔａ、Ｐｔ−Ｐｄ−Ａｕ、Ｐｔ−酸化物、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｃ、Ｎｉ−Ｐ、Ａｇ−Ｎｉ−Ｐ、ラネ
ーニッケル、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｎｉ−酸化コバルト、Ｃｕ−
Ａｇ、Ｃｕ−Ａｕ、ラネー銀等の貴金属および合金、ホ
ウ化ニッケル、ホウ化コバルト、炭化タングステン、水
酸化チタン、リン化タングステン、リン化ニオブ、遷移
金属の炭化物、スピネル化合物、酸化銀、酸化タングス
テン、遷移金属のペロブスカイト型イオン結晶等の無機
化合物、およびバクテリヤ、非イオン活性剤、フタロシ
アニン、金属フタロシアニン、活性炭、キノン類等の有
機化合物のいずれかで構成される。これらの無機化合物
および有機化合物を第１の電極４として用いる場合に
は、この電極を形成する際に、予め揮発性物質を混合し
て電極を形成した後、加熱によって該揮発性物質を気化
させて多孔性とする、あるいは多孔状の型を用いて電極
を形成する、電極形成後に針等を用いてピンホールを形
成する、凹凸状の基板上に蒸着よって電極を形成する、
蒸着によって電極を形成する際にガスを混合させる等の
方法によって多孔性に形成することができる。また、第
２の電極５として用いる場合には、加圧成形等の方法に
よって非多孔性に形成することができる。また、多孔質
溌水膜４ａには、フッ素系樹脂やシリコン系樹脂を用い
ることができる。
ｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Iｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｐｔ−Ｃ
ｏ、Ｐｔ−Ａｕ、Ｐｔ−Ｓｎ、Ｐｄ−Ｎｉ、Ｐｄ−Ａ
ｕ、Ｒｕ−Ｔａ、Ｐｔ−Ｐｄ−Ａｕ、Ｐｔ−酸化物、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｃ、Ｎｉ−Ｐ、Ａｇ−Ｎｉ−Ｐ、ラネ
ーニッケル、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｎｉ−酸化コバルト、Ｃｕ−
Ａｇ、Ｃｕ−Ａｕ、ラネー銀等の貴金属および合金、ホ
ウ化ニッケル、ホウ化コバルト、炭化タングステン、水
酸化チタン、リン化タングステン、リン化ニオブ、遷移
金属の炭化物、スピネル化合物、酸化銀、酸化タングス
テン、遷移金属のペロブスカイト型イオン結晶等の無機
化合物、およびバクテリヤ、非イオン活性剤、フタロシ
アニン、金属フタロシアニン、活性炭、キノン類等の有
機化合物のいずれかで構成される。これらの無機化合物
および有機化合物を第１の電極４として用いる場合に
は、この電極を形成する際に、予め揮発性物質を混合し
て電極を形成した後、加熱によって該揮発性物質を気化
させて多孔性とする、あるいは多孔状の型を用いて電極
を形成する、電極形成後に針等を用いてピンホールを形
成する、凹凸状の基板上に蒸着よって電極を形成する、
蒸着によって電極を形成する際にガスを混合させる等の
方法によって多孔性に形成することができる。また、第
２の電極５として用いる場合には、加圧成形等の方法に
よって非多孔性に形成することができる。また、多孔質
溌水膜４ａには、フッ素系樹脂やシリコン系樹脂を用い
ることができる。
【０００８】第１の電解質６は、フェノールスルホン酸
とホルムアルデヒドとの縮合体、スルホン化ポリスチレ
ン、トリフルオロスチレンスルホン酸、フルオロカーボ
ンスルホン酸とポリビニリデンフルオライドとの混合
物、フルオロカーボンスルホン酸（Ｎａｆｉｏｎ）等の
高分子酸、および、アルミナ水和物、各種固体電解質等
で構成され、気体透過性を有するものである。
とホルムアルデヒドとの縮合体、スルホン化ポリスチレ
ン、トリフルオロスチレンスルホン酸、フルオロカーボ
ンスルホン酸とポリビニリデンフルオライドとの混合
物、フルオロカーボンスルホン酸（Ｎａｆｉｏｎ）等の
高分子酸、および、アルミナ水和物、各種固体電解質等
で構成され、気体透過性を有するものである。
【０００９】第２の電解質７は、水素イオン、または、
Ｋ、Ｃａ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓ
ｎ、Ｐｂイオン等の水素イオンよりもイオン化傾向の大
きな陽イオンを含み、かつ、水酸イオン、または、硝酸
イオン、硫酸イオン等の水酸イオンよりもイオン化傾向
の大きな陰イオンを含む酸、塩、または、塩基性水溶液
電解質からなる。
Ｋ、Ｃａ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓ
ｎ、Ｐｂイオン等の水素イオンよりもイオン化傾向の大
きな陽イオンを含み、かつ、水酸イオン、または、硝酸
イオン、硫酸イオン等の水酸イオンよりもイオン化傾向
の大きな陰イオンを含む酸、塩、または、塩基性水溶液
電解質からなる。
【００１０】光触媒８は、Ｒｈ／ＳｒＴｉＯ2、Ｒｕ／
ＳｒＴｉＯ2、Ｒｅ／ＳｒＴｉＯ2、Iｒ／ＳｒＴｉＯ2、
Ｐｔ／ＳｒＴｉＯ2、Ｐｄ／ＳｒＴｉＯ2、Ｏｓ／ＳｒＴ
ｉＯ2、Ｃｏ／ＳｒＴｉＯ2、ＲｕＯ2／ＴｉＯ2／Ｐｔ、
ＴｉＯ2／Ｐｔ、ＴｉＯ2／Ｐｄ、ＲｕＯ2／ＴｉＯ2、Ｔ
ｉＯ2／［Ｐｈ3Ｐ］3Ｒｈ（Ｉ）Ｃｌ、ＴｉＯ2＋ＭＶ，
Ｐｔ／Ａｌ2Ｏ3等の材料で構成され、本実施例では、
０．１〜１００μmの微粒子を用いた。なお、光触媒８
の粒子径は必ずしもこの値に限定されるものではなく、
適度に分散されれば、粒子径の大きさは問わない。ま
た、該光触媒８の半導体部９は、水溶液電解質中の水分
子を分解し、酸素、および、水素を生成する目的から、
バンドギャップの値が１．１ｅＶ以上の半導体で構成す
る必要があるが、この条件を満たすものであれば、Ｚｎ
ＯやＣｄＳ、ＧａＰ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ等でも良
く、必ずしも前述の材料に限定されるものではない。ま
た、金属部１０には、前述の第１の電極４および第２の
電極５と同種の材料を用いることができる。
ＳｒＴｉＯ2、Ｒｅ／ＳｒＴｉＯ2、Iｒ／ＳｒＴｉＯ2、
Ｐｔ／ＳｒＴｉＯ2、Ｐｄ／ＳｒＴｉＯ2、Ｏｓ／ＳｒＴ
ｉＯ2、Ｃｏ／ＳｒＴｉＯ2、ＲｕＯ2／ＴｉＯ2／Ｐｔ、
ＴｉＯ2／Ｐｔ、ＴｉＯ2／Ｐｄ、ＲｕＯ2／ＴｉＯ2、Ｔ
ｉＯ2／［Ｐｈ3Ｐ］3Ｒｈ（Ｉ）Ｃｌ、ＴｉＯ2＋ＭＶ，
Ｐｔ／Ａｌ2Ｏ3等の材料で構成され、本実施例では、
０．１〜１００μmの微粒子を用いた。なお、光触媒８
の粒子径は必ずしもこの値に限定されるものではなく、
適度に分散されれば、粒子径の大きさは問わない。ま
た、該光触媒８の半導体部９は、水溶液電解質中の水分
子を分解し、酸素、および、水素を生成する目的から、
バンドギャップの値が１．１ｅＶ以上の半導体で構成す
る必要があるが、この条件を満たすものであれば、Ｚｎ
ＯやＣｄＳ、ＧａＰ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ等でも良
く、必ずしも前述の材料に限定されるものではない。ま
た、金属部１０には、前述の第１の電極４および第２の
電極５と同種の材料を用いることができる。
【００１１】電池ケース１は上記構成の電池を収容し、
密閉するもので電解質の水分の減少を防止する目的か
ら、低透湿性に優れたアルミニウム等の金属層を絶縁性
高分子で被覆したラミネート材やポリ塩化ビニリデン樹
脂（ＰＶＣＤ）、フッ素系樹脂、および、ガラス繊維強
化プラスチック材等で構成される。また、少なくとも、
第２の電解質７に隣接する部分の電池ケース１は、ガラ
ス繊維や透明プラスチック等の光透過性に優れた部材で
構成される。なお、該電池ケースには、必要に応じて、
ガス抜き用の排気安全弁が設けられる。
密閉するもので電解質の水分の減少を防止する目的か
ら、低透湿性に優れたアルミニウム等の金属層を絶縁性
高分子で被覆したラミネート材やポリ塩化ビニリデン樹
脂（ＰＶＣＤ）、フッ素系樹脂、および、ガラス繊維強
化プラスチック材等で構成される。また、少なくとも、
第２の電解質７に隣接する部分の電池ケース１は、ガラ
ス繊維や透明プラスチック等の光透過性に優れた部材で
構成される。なお、該電池ケースには、必要に応じて、
ガス抜き用の排気安全弁が設けられる。
【００１２】また電池の形状は必ずしも平板状である必
要はなく、曲面状、球面状、多面体状でも良い。
要はなく、曲面状、球面状、多面体状でも良い。
【００１３】以下に本実施例における光燃料電池の動作
を簡単に説明する。ｎ型半導体電極と電解質との接触界
面においては、該ｎ型半導体電極のエネルギーバンド
は、電解質側へ向って上方曲りとなる。このことは、本
発明における光触媒微粒子８においても全く同様であ
る。図３に示すように光触媒微粒子８へ太陽や蛍光燈等
の光エネルギー１１が照射されると、半導体部９のエネ
ルギーバンドの伝導帯に電子（ｅ-）を励起し、価電子
帯にホール（ｈ+）を生む。このホールは上記バンドの
曲りに添って、半導体部９表面から電解質側へ運ばれ、
半導体部９表面で電気化学酸化反応を生起する。一方、
伝導帯に励起された電子は、バンドの曲りに添って半導
体部９から金属部１０表面へ移動し、そこで電気化学還
元反応を行わしめる。その結果、光触媒微粒子８のｎ型
半導体部９表面近傍には酸素が生成し、金属部１０表面
近傍には還元生成物である水素が生成する。以上の過程
を経て、第１の電極４に酸素と水素とが供給される。
を簡単に説明する。ｎ型半導体電極と電解質との接触界
面においては、該ｎ型半導体電極のエネルギーバンド
は、電解質側へ向って上方曲りとなる。このことは、本
発明における光触媒微粒子８においても全く同様であ
る。図３に示すように光触媒微粒子８へ太陽や蛍光燈等
の光エネルギー１１が照射されると、半導体部９のエネ
ルギーバンドの伝導帯に電子（ｅ-）を励起し、価電子
帯にホール（ｈ+）を生む。このホールは上記バンドの
曲りに添って、半導体部９表面から電解質側へ運ばれ、
半導体部９表面で電気化学酸化反応を生起する。一方、
伝導帯に励起された電子は、バンドの曲りに添って半導
体部９から金属部１０表面へ移動し、そこで電気化学還
元反応を行わしめる。その結果、光触媒微粒子８のｎ型
半導体部９表面近傍には酸素が生成し、金属部１０表面
近傍には還元生成物である水素が生成する。以上の過程
を経て、第１の電極４に酸素と水素とが供給される。
【００１４】そして、該生成水素（Ｈ2）は、多孔質で
ある第１の電極４を透過し、第１の電解質６と直接接触
する第１の電極４表面上で、Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-なる反
応に従って、水素イオン（Ｈ+）に変化するとともに、
電極端子２を通じて電子（ｅ-）を負荷に供給する。さ
らに、この水素イオンは、第１の電解質６中に拡散し、
第２の電極５の表面に達する。一方、該生成酸素
（Ｏ2）は、第１の電極４、ならびに、気体透過性であ
る第１の電解質６を透過した後、第２の電極５表面に達
する。そして、該酸素は、上記水素イオン、ならびに、
第１の電極４→電極端子２→負荷→電極端子３→第２の
電極５と移動してきた電子（ｅ-）と反応し、１／２Ｏ2
＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏなる反応に従って、水分子（Ｈ2
Ｏ）を生成する。以上の結果、第１の電極４と第２の電
極５との間で光により生成した水素と酸素とから水が生
成する電気化学反応（燃料電池反応）が生起し、電極端
子２、および３の間に接続された負荷（電気機器）に電
気エネルギーを供給することができる。
ある第１の電極４を透過し、第１の電解質６と直接接触
する第１の電極４表面上で、Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-なる反
応に従って、水素イオン（Ｈ+）に変化するとともに、
電極端子２を通じて電子（ｅ-）を負荷に供給する。さ
らに、この水素イオンは、第１の電解質６中に拡散し、
第２の電極５の表面に達する。一方、該生成酸素
（Ｏ2）は、第１の電極４、ならびに、気体透過性であ
る第１の電解質６を透過した後、第２の電極５表面に達
する。そして、該酸素は、上記水素イオン、ならびに、
第１の電極４→電極端子２→負荷→電極端子３→第２の
電極５と移動してきた電子（ｅ-）と反応し、１／２Ｏ2
＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏなる反応に従って、水分子（Ｈ2
Ｏ）を生成する。以上の結果、第１の電極４と第２の電
極５との間で光により生成した水素と酸素とから水が生
成する電気化学反応（燃料電池反応）が生起し、電極端
子２、および３の間に接続された負荷（電気機器）に電
気エネルギーを供給することができる。
【００１５】このように、光による水分子からの水素、
酸素生成と、これら生成物からの水の生成反応である燃
料電池反応が対となって進行する為、電池使用期間中に
電解質中の水分が減少することはない。また、第２の電
解質７中に生成した水素は、間断なく電池反応や触媒反
応で消費される為、酸素との混合ガスが多量に電池内に
滞積することもなく、これら混合ガスを外部から供給す
る従来の燃料電池に比べ、その安全性は極めて高い。な
お、光触媒微粒子８を構成する半導体部９にｐ型半導体
を用いた場合には、半導体のエネルギーバンドは下方曲
りとなり、半導体部９表面で水素を、金属部１０表面で
酸素を生成するが、この酸素、水素の生成部位が異なる
ことを除けば、他の動作機構は、上記ｎ型半導体を用い
た本実施例と全く同様である。
酸素生成と、これら生成物からの水の生成反応である燃
料電池反応が対となって進行する為、電池使用期間中に
電解質中の水分が減少することはない。また、第２の電
解質７中に生成した水素は、間断なく電池反応や触媒反
応で消費される為、酸素との混合ガスが多量に電池内に
滞積することもなく、これら混合ガスを外部から供給す
る従来の燃料電池に比べ、その安全性は極めて高い。な
お、光触媒微粒子８を構成する半導体部９にｐ型半導体
を用いた場合には、半導体のエネルギーバンドは下方曲
りとなり、半導体部９表面で水素を、金属部１０表面で
酸素を生成するが、この酸素、水素の生成部位が異なる
ことを除けば、他の動作機構は、上記ｎ型半導体を用い
た本実施例と全く同様である。
【００１６】このような光燃料電池において、第１の電
極４を多孔質材で、第１の電解質６を気体透過性材で構
成したことによって以下のような効果が得られる。光エ
ネルギーにより第２の電解質７中に生成した酸素、水素
と第１の電解質６とは充分な接触が確保され、さらに、
これら酸素、水素、または、そのイオンは第１の電解質
６中を拡散し、第２の電極５表面に到達して反応するこ
とができる。したがって、酸素と水素から水を生成する
際の電気化学反応によって、効率良くエネルギーを取り
出すことができる。
極４を多孔質材で、第１の電解質６を気体透過性材で構
成したことによって以下のような効果が得られる。光エ
ネルギーにより第２の電解質７中に生成した酸素、水素
と第１の電解質６とは充分な接触が確保され、さらに、
これら酸素、水素、または、そのイオンは第１の電解質
６中を拡散し、第２の電極５表面に到達して反応するこ
とができる。したがって、酸素と水素から水を生成する
際の電気化学反応によって、効率良くエネルギーを取り
出すことができる。
【００１７】また、第１の電極４の片面（第２の電解質
側の表面）を多孔質溌水膜４ａで被覆したことによって
以下のような効果が得られる。第２の電解質７の第１
の電解質６中への侵入による気体透過性低下を防止す
る、生成気体のイオンへの電気化学変化の反応場を第
１の電極４と第１の電解質６との界面に限定し、第２の
電極５表面への該イオンの拡散を容易にすることができ
る。なお、第１の電極４として、該多孔質溌水膜４ａで
被覆しない電極を用いてもよいが、溌水膜４ａを使用す
ることによって電池性能が向上する。
側の表面）を多孔質溌水膜４ａで被覆したことによって
以下のような効果が得られる。第２の電解質７の第１
の電解質６中への侵入による気体透過性低下を防止す
る、生成気体のイオンへの電気化学変化の反応場を第
１の電極４と第１の電解質６との界面に限定し、第２の
電極５表面への該イオンの拡散を容易にすることができ
る。なお、第１の電極４として、該多孔質溌水膜４ａで
被覆しない電極を用いてもよいが、溌水膜４ａを使用す
ることによって電池性能が向上する。
【００１８】また第２の電極５を非多孔質としたことに
よって、第１の電解質６との接触界面における反応気体
の透過防止、上記界面からの流失防止がなされ、電池反
応を効率よく進行させることができる。
よって、第１の電解質６との接触界面における反応気体
の透過防止、上記界面からの流失防止がなされ、電池反
応を効率よく進行させることができる。
【００１９】また、光触媒８を微粒子化し、第２の電解
質７中へ分散することによって、これら光触媒８と電解
質水溶液７との接触面積が増大するとともに、光のあら
ゆる入射角に対して、表面の半導体部分が受光可能な光
触媒が常に存在することになり、光による酸素、水素生
成効率の向上をはかることができる。
質７中へ分散することによって、これら光触媒８と電解
質水溶液７との接触面積が増大するとともに、光のあら
ゆる入射角に対して、表面の半導体部分が受光可能な光
触媒が常に存在することになり、光による酸素、水素生
成効率の向上をはかることができる。
【００２０】また、第２の電解質７が、水素イオン、ま
たは水素イオンよりもイオン化傾向の大きな陽イオンを
含み、かつ、水酸イオン、または水酸イオンよりもイオ
ン化傾向の大きな陰イオンを含む酸、塩、または、塩基
性水溶液電解質からなることによって、光エネルギーに
よる水素、酸素の生成効率を上げ、他の気体の発生や光
触媒８上への金属析出等の副反応を抑えることが可能と
なる。
たは水素イオンよりもイオン化傾向の大きな陽イオンを
含み、かつ、水酸イオン、または水酸イオンよりもイオ
ン化傾向の大きな陰イオンを含む酸、塩、または、塩基
性水溶液電解質からなることによって、光エネルギーに
よる水素、酸素の生成効率を上げ、他の気体の発生や光
触媒８上への金属析出等の副反応を抑えることが可能と
なる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光燃料電
池は、気体透過性の第１の電解質と光触媒を含む第２の
電解質との中間に多孔質触媒からなる第１の電極が設け
られ、該第１の電解質に隣接して非多孔質触媒からなる
第２の電極が設けられてなるものである。このような光
燃料電池においては、まず、第２の電解質中の光触媒微
粒子表面に入射した光エネルギーによって、該電解質中
の水分子から水素と酸素が生成され、これに引続き、こ
れら生成物を消費する電池反応が進行する。したがっ
て、従来の燃料電池のように酸素や水素燃料を供給する
必要が無くなり、光エネルギー存在下で動作する、実質
的に燃料供給の不要な極めて省エネルギー性に優れた燃
料電池を提供することができる。また、外部から、水素
燃料や酸素と水素の混合ガスを供給する必要がないの
で、安全性に優れ、携帯使用可能な燃料電池を提供で
き、本発明は実用上極めて大きな効果がある。
池は、気体透過性の第１の電解質と光触媒を含む第２の
電解質との中間に多孔質触媒からなる第１の電極が設け
られ、該第１の電解質に隣接して非多孔質触媒からなる
第２の電極が設けられてなるものである。このような光
燃料電池においては、まず、第２の電解質中の光触媒微
粒子表面に入射した光エネルギーによって、該電解質中
の水分子から水素と酸素が生成され、これに引続き、こ
れら生成物を消費する電池反応が進行する。したがっ
て、従来の燃料電池のように酸素や水素燃料を供給する
必要が無くなり、光エネルギー存在下で動作する、実質
的に燃料供給の不要な極めて省エネルギー性に優れた燃
料電池を提供することができる。また、外部から、水素
燃料や酸素と水素の混合ガスを供給する必要がないの
で、安全性に優れ、携帯使用可能な燃料電池を提供で
き、本発明は実用上極めて大きな効果がある。
【図１】本発明の光燃料電池の一例を示した外観図であ
る。
る。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図を示したものであ
る。
る。
【図３】本発明の光燃料電池に用いられる光触媒微粒子
の例を示した説明図である。
の例を示した説明図である。
【図４】従来の燃料電池の一例を示す断面図である。
１ 容器（電池ケース） ４ 第１の電極 ４ａ 溌水膜 ５ 第２の電極 ６ 第１の電解質 ７ 第２の電解質 ８ 光触媒 ９ 半導体部 １０ 金属部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾形 努 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭50−133530（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−50545（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−131445（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24 H01L 31/04 ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)
Claims (4)
- 【請求項１】 気体透過性の第１の電解質と光触媒を含
む第２の電解質との中間に多孔質触媒からなる第１の電
極が設けられ、該第１の電解質に隣接して非多孔質触媒
からなる第２の電極が設けられてなることを特徴とする
光燃料電池。 - 【請求項２】 上記第１の電極と上記第２の電解質との
間に多孔質の溌水膜が介在するよう、該第１の電極の片
面を該多孔質の溌水膜で被覆したことを特徴とする請求
項１記載の光燃料電池。 - 【請求項３】 上記光触媒が半導体部と金属部とにより
構成された微粒子からなり、かつ、該微粒子が上記第２
の電解質中に分散されてなることを特徴とする請求項１
または２記載の光燃料電池。 - 【請求項４】 第２の電解質が、水素イオン、または、
水素イオンよりもイオン化傾向の大きな陽イオンを含
み、かつ、水酸イオン、または、水酸イオンよりもイオ
ン化傾向の大きな陰イオンを含む水溶液電解質からなる
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の
光燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3115077A JP3019112B2 (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | 光燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3115077A JP3019112B2 (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | 光燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04342964A JPH04342964A (ja) | 1992-11-30 |
| JP3019112B2 true JP3019112B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=14653614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3115077A Expired - Fee Related JP3019112B2 (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | 光燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3019112B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1125636A4 (en) | 1998-08-21 | 2002-03-06 | Ecodevice Lab Co Ltd | PHOTOCALYST FOR VISIBLE RADIATION AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
| GB0304709D0 (en) * | 2003-03-01 | 2003-04-02 | Univ Aberdeen | Photo-catalytic fuel cell |
| GB0329240D0 (en) * | 2003-12-18 | 2004-01-21 | Boc Group Plc | Fuel cell |
| DE112006000541T5 (de) * | 2005-03-10 | 2008-01-03 | Ibaraki University | Phtophysikochemische Zelle |
| WO2007037392A1 (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-05 | Micro Silitron Inc. | 燃料電池単位セル、燃料電池単位セルアレイ、燃料電池モジュール及び燃料電池システム |
-
1991
- 1991-05-20 JP JP3115077A patent/JP3019112B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04342964A (ja) | 1992-11-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |