JP3546008B2

JP3546008B2 - Photorechargeable battery that can be charged by photolysis of water, electrode thereof, and method of manufacturing the electrode

Info

Publication number: JP3546008B2
Application number: JP2000312059A
Authority: JP
Inventors: 一美平川
Original assignee: 学校法人福田学園
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2020-10-12
Also published as: JP2002124307A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水の光分解により充電可能な光蓄電池、その電極及びその電極の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池では光エネルギーを電気エネルギーに変換可能であるが、蓄積して必要な時に電気エネルギーを取り出すことはできないという問題がある。
【０００３】
電極上で光エネルギーを電気エネルギーに変換・蓄積し、必要な時に電気エネルギーとして取り出すことが出来るデバイスは太陽エネルギーの電気エネルギーへの変換、蓄積手段として重要であるが、このようなエネルギー変換と蓄積を同時に可能とする良好な電極から構成された電池はまだ開発されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は電極上で光エネルギーを電気エネルギーに変換し、同時に蓄積する水の光分解により充電可能な光蓄電池、即ち、発電と蓄電の両機能を備えている光蓄電池を提供することを目的とする。
【０００５】
また、水の光分解により充電可能な光蓄電池の電極を提供することを目的とする。
【０００６】
また、水の光分解により充電可能な光蓄電池の電極の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明は、
水中に一対の電極を配置し、一方の電極は水を光分解可能な物質と原子や分子を挿入可能な物質と粘土物質とを含む混合生成物により構成し、他方の電極は原子や分子を挿入可能な物質と粘土物質とを含む混合生成物により構成し、両電極を電気的に接続した状態で、光源から上記一方の電極に光を照射することにより、水の光分解によって生じた酸素原子と水素原子を各々の電極に蓄蔵するものであることを特徴とする水の光分解により充電可能な光蓄電池により構成されるものである。
【０００８】
上記水を光分解可能な物質は少なくとも一方の電極に用いることが必要であるが、両方の電極に当該物質を混合し、両方の電極に光を照射しても良い。また、原子や分子を挿入可能な物質として、一方の電極は酸素原子を挿入可能な物質により構成し、他方の電極は水素原子を挿入可能な物質により構成することが好ましいが、これらの物質を混合するのはどちらの電極であっても良い。原子や分子を挿入可能な物質は、例えばグラファイト等の層状物質が好ましい。また、水素原子を挿入可能な物質としては、例えばＷＯ₃、水素吸蔵合金等が好ましい。
【０００９】
また、水中に一対の電極を配置し、両電極を水を光分解可能な物質と原子や分子を挿入可能な物質と粘土物質とを含む混合生成物により構成し、両電極を電気的に接続した状態で、光源から上記電極に光を照射することにより、水の光分解によって生じた酸素原子と水素原子を各々の電極に蓄蔵するものであることを特徴とする水の光分解により充電可能な光蓄電池により構成されるものである。
【００１０】
また、上記両電極に負荷を接続することによって、両電極に蓄蔵されていた酸素原子と水素原子を水中にて化合させ、該化合に伴って負荷に電流を流すものであることを特徴とする水の光分解により充電可能な光蓄電池により構成されるものである。
【００１１】
また、上記蓄蔵と上記化合とを交互に繰返すことのできる水の光分解により充電可能な光蓄電池により構成されるものである。
【００１２】
また、上記電極は、層間や分子間に酸素原子又は水素原子を取り入れることのできる電気伝導体であることが好ましい。即ち、電極は原子や分子を挿入可能な物質として、層間や分子間に酸素原子や水素原子を取り入れることのできる電気伝導体（例えば、グラファイト、ＷＯ₃、水素吸蔵合金等）であることが好ましい。
【００１３】
また、上記電極は、層状物質と粘土物質の混合生成物であることが好ましい。即ち、電極は原子や分子を挿入可能な物質として、層状物質（例えばグラファイト等）と粘土物質（例えばカオリン等）の混合生成物であることが好ましい。
【００１４】
また、上記水を光分解可能な物質は二酸化チタンであることが好ましい。
【００１５】
また、二酸化チタン以外でも、水を光分解可能な物質として、例えばＳｒＴｉＯ₃（チタン酸ストロンチウム）等を使用することができる。
【００１６】
上記水素原子を蓄蔵可能な物質として電極にＷＯ₃又は水素吸蔵合金を混合することが好ましい。
【００１７】
また、本発明は、水の光分解により充電可能な光蓄電池の電極であって、一方の電極は水の光分解を行う物質と酸素原子又は水素原子を蓄蔵可能な物質と粘土を混合し、該混合物を水と混練成形後、焼結することにより形成されるものであって、他方の電極は水素原子又は酸素原子を蓄蔵可能な物質と粘土を混合し、該混合物を水と混練成形後、焼結することにより形成されるものである。
【００１８】
また、本発明は、水の光分解により充電可能な光蓄電池の電極の製造方法であって、一方の電極は水の光分解を行う物質と酸素原子又は水素原子を蓄蔵可能な物質と粘土を混合し、該混合物を水と混練成形後、焼結することにより製造し、他方の電極は水素原子又は酸素原子を蓄蔵可能な物質と粘土を混合し、該混合物を水と混練成形後、焼結することにより製造することを特徴とするものである。
【００１９】
上記電極及び電極の製造方法において、水の光分解を行う物質は、少なくとも一方の電極に用いる必要があるが、両方の電極に混合することにより構成しても良い。即ち、上記他方の電極は、少なくとも水素原子又は酸素原子を蓄蔵可能な物質と粘土を混合することにより構成されるものであるが、これに水の光分解を行う物質を混合することにより構成しても良い。また、一方の電極は酸素原子を蓄蔵可能な物質により構成し、他方の電極は水素原子を蓄蔵可能な物質により構成することが好ましいが、これらの物質（酸素原子又は水素原子を蓄蔵可能な物質）を混合するのはどちらの電極であっても良い。また、酸素原子又は水素原子を蓄蔵可能な物質としては、例えばグラファイト等の層状物質、ＷＯ₃、水素吸蔵合金等、粘土としては例えばカオリン等を用いることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例で使用した装置について、図１等に基づいて詳細に説明する。図１に示すように、透明容器１内の水中に陽極２及び陰極３を配設し、両電極２，３間に、電池４、抵抗ｒからなる充電回路５及び抵抗Ｒからなる放電回路６を導線Ｌにより並列に接続し、両回路５，６を選択的に上記陰極３に接続する切換スイッチ７を介在させる。上記の水は純粋である必要はなく水道水を用いることもできる。そして、上記透明容器１の外側に陽極２に光を照射するキセノンランプ８を配置する。尚、光源としては、キセノンランプに限らず、太陽光、その他どのような光であっても良い。
【００２１】
上記陽極２の材料には例えば二酸化チタン（ＴｉＯ₂）、グラファイト（Ｃ）及びカオリン（Ｋ）の混合成形物が用いられる。その混合比は、一例として、容積比ＴｉＯ₂：グラファイト：カオリン＝２０：５０：３０とする。
【００２２】
上記ＴｉＯ₂は、光によって水を酸素と水素に分解する作用を有する（例えば、A.Fujishima and K.Honda:Nature238(1972)37）。上記グラファイトは、層状物質で他の原子や分子を層間や分子間に取りこむことができる物質である（例えば、N.Bartlett and B.W.Mcquillan:Intercalation Chemistry,ed.M.S.Whittingham and A.J.Jacobson(Academic Press,New York,1982)Chap.2）。上記カオリンは純粋な粘土物質で層状物質であり、電極材料の固定材及び水の含浸材として使用する。尚、粘土物質としては、カオリン以外の物質を使用することもできる。
【００２３】
一方、上記陰極３の材料には例えば酸化タングステン（ＷＯ₃）、グラファイト及びカオリンの混合成形物を使用する。その混合比は、一例として、容積比ＷＯ₃：グラファイト：カオリン＝２０：５０：３０とする。
【００２４】
上記ＷＯ₃は、水素をその分子間に取りこむことのできる物質であり（例えば、P.G.Dickens and M.F.Pye: Intercalation Chemistry,ed.M.S.Whittingham and A.J.Jacobson(Academic Press,New York,1982)Chap.16）、上記グラファイト及びカオリンは上記陽極２と同様の機能を有するものである。
【００２５】
上記陽極２は、図２に示すように、上記ＴｉＯ₂の微粉末及びグラファイトの微粉末に層状化合物としてのカオリンの微粉末を乳鉢中で十分にすりつぶして混合し、水を加えてよく練り、板状に成形し、真空中に封入後、電気炉中において約７００度〜８００度で焼結して板状の素焼きとして形成する。上記真空中の封入は、透明石英管（直径１２ｍｍ）の中に上記板状成形物を入れ、真空ポンプで真空引きした後、石英管を焼き切って、当該管中に封入する。
【００２６】
上記陰極３は、図３に示すように、上記ＷＯ₃の微粉末及びグラファイトの微粉末に層状化合物としてのカオリンの微粉末を乳鉢中で十分にすりつぶして混合し、水を加えてよく練り、板状に成形し、上記陽極２と同様に真空中に封入後、約７００度〜８００度で焼結して板状の素焼きとして形成する。尚、素焼き作成は、真空中でなくても不活性ガス中であっても良い。
【００２７】
また、陰極にも二酸化チタンを混合しても良いが（第２の実施例参照）、この場合陰極は、二酸化チタン及びＷＯ₃の微粉末にグラファイト及びカオリンの微粉末を混合し、上記製法と同様に、水と混練した後、板状に成形し、真空中に封入後、約７００度〜約８００度で焼結して素焼きとして形成する。
【００２８】
上記陽極２の大きさは、後述の第１の実施例では、約０．０８ｃｍ³、陰極３の大きさは約０．１１ｃｍ³であり、電極間距離は約１．５ｃｍとした。尚、電極の大きさ及び電極間距離はこれに限定されない。また、実用にあたっては、目的によって各種の電極の大きさ、電極間距離のものを製造することができる。
【００２９】
上記電極として、陽極２はＴｉＯ₂とグラファイト等の蓄蔵物質の微粉末、陰極３はＷＯ₃とグラファイト等の蓄蔵物質の微粉末とバインダーとしての銀の粉末を混合した後、燒結を行わず、プレス加工により電極とすることもできる。
【００３０】
ただし、プレス加工では、水が電極の内部にまで入っていくことができないため、酸素、水素が蓄蔵物質とコンタクトする面積が小さく、その結果、電荷の蓄積量が比較的小さい。また、プレス加工では、それを構成している物質間の力学的結合力が弱く、使用中に電極構成物質が水中に溶融することがある。このため、電極は、上述のように焼結により形成することが好ましい。
【００３１】
従って、上記各電極２，３を素焼きにより形成することで、各電極の層状物質の層間や分子間に酸素原子、水素原子を蓄蔵することができ、また、素焼きは多孔質であるため、水が電極内部にまで十分に入ってき、大きな電荷の蓄積を得ることができる。また、素焼きは水に溶融することもなく、電極構成物質の水中への溶融も防止できる。尚、上記粘土物質（カオリン）は、上記混合成形物のバインダーとしての役割も果しており、カオリンを加えることでより強固な電極を形成することができる。
【００３２】
上記導線Ｌと上記各電極２，３との接続は、図４に示すように、導線Ｌを導電性ペースト１０、例えばドータイト（藤倉化成ＫＫ製）で電極２，３に接着し、後にエポキシ樹脂系接着剤１１、例えばアラルダイト（昭和高分子ＫＫ及びチバガイキーリミテッド製）で固定する。
【００３３】
本発明は上述のように構成されるものであるから、次に考えられるその動作を説明する。
【００３４】
まず、図１に示す装置において、切換スイッチ７を充電回路５側に接続し、電池４により、陽極２側にプラス、陰極３側にマイナスのバイアス電圧を与え、かつキセノンランプ８を陽極２に約４時間照射する。このとき、キセノンランプ８は、約０．６ワットで熱線カットフィルター８ａを用いることが好ましい。尚、光の照射時間は４時間に限らず、より長い時間（例えば８時間）、或いはより短い時間（例えば１時間、３０分等）、各種の時間で行うことができる。
【００３５】
すると、図５（ａ）に示すようにキセノンランプ８の光が上記陽極２の表面近くのＴｉＯ₂に作用し、そこで透明容器１中の水が水素と酸素に光分解され、酸素イオンＯ^2-と水素イオンＨ⁺が生成される。
【００３６】
このとき、陽極２にはプラス、陰極３にはマイナスのバイアス電圧が印加されているので、酸素イオンＯ^2-は陽極内に挿入される。その際、電子はバイアス電池４の陽極に向かって移動し、これにより陽極２内の酸素イオンＯ^2-は酸素原子Ｏとなって陽極２中のグラファイト等の層状物質内に蓄蔵される（図５（ｂ））。尚、図６に、一例としてグラファイトに酸素が入っている様子を示す。
【００３７】
一方、生成された水中の上記水素イオンＨ⁺は、陰極に挿入され、その際バイアス電池からの電子と結合して水素原子Ｈとなり、陰極３中のグラファイト等の層状物質内に蓄蔵される（図５（ｃ）参照）。これら電子の移動は結果的には、酸素イオンＯ^2-より離脱した電子が充電回路５を通って陰極に移動し水素イオンＨ⁺を中和したことになる。
【００３８】
このようにして、上記キセノンランプ８の照射中に、上記陽極２には酸素原子Ｏが蓄蔵され、上記陰極３には水素原子Ｈが蓄蔵されていく（図５（ｃ））。
【００３９】
また、このとき、上記光の照射に依存せずに、電気分解により水が水素イオンＨ⁺と酸素イオンＯ^2-に分解され、上記バイアス電圧により、これらのイオンが陽極２に酸素原子Ｏとして蓄蔵され、陰極３に水素原子Ｈとして蓄蔵されていく。従って、後に説明する放電電流Ｉ（ｈν，Ｖ）は、２つの成分からなっており、１つは光に依存しない水の電気分解による放電電流Ｉ（０，Ｖ）と、光の照射のみによる電流ΔＩである。尚、ｈはプランク乗数、νは光の振動数、Ｖは電圧を示す。
【００４０】
次に、上記４時間のキセノンランプ８の照射が終了した後、切換スイッチ７を放電回路６側に切り換えて、上記陽極２、陰極３間に負荷抵抗Ｒを接続する（図５（ｄ）参照）。
【００４１】
すると、上記陰極３内に蓄積されていた水素原子から電子が乖離して、水素イオンＨ⁺となり、乖離した電子は上記負荷抵抗Ｒを介して上記陽極２に向かって流れ、該電子は陽極２内に入り込み、これにより上記陽極２内の層状物質内に蓄蔵されていた酸素原子Ｏが再びイオン化して酸素イオンＯ^2-となる（図５（ｄ）参照）。このとき、上記陰極３から陽極２への電子の流れにより、上記負荷抵抗Ｒに電流Ｉが流れて電力が発生することになる。
【００４２】
上記陰極３内の水素イオンＨ⁺と、上記陽極２内の酸素イオンＯ^2-は電極より水中に出て化合して元の水に戻る（図５（ｅ）参照）。即ち、上記両電極２，３に負荷抵抗Ｒを接続することにより、両電極２、３に蓄蔵されていた酸素原子と水素原子を水中にて化合させ、該化合に伴って負荷抵抗Ｒに電流を流すものである。
【００４３】
上述のような酸素原子と水素原子の電極２、３への挿入、蓄蔵作用は、上記バイアス電池４が存在しなくても生じるものである。例えば図７に示すように、電池４の存在しない抵抗Ｒ’のみを両電極に導線Ｌで接続した場合においても、電子構造やイオン構造によって定まる性質（電気陰極性、電子親和力）により、上述の電荷移動反応が生じ、電極の層間に電子の授受を行って侵入していくものである。従って、基本的に上記バイアス電池４を加える必要はなく、各々一方は酸素、他方は水素が挿入可能な層状物質を電極として組み合わせることで本発明の蓄電池を構成することができる。即ち、上記実施形態は、バイアス電池４を与えて原子の電極への挿入をし易くしたものであり、バイアスは原子又は分子の電極への挿入効果を高めるために使用したものである。
【００４４】
バイアス電池なしで、光蓄電池を構成する電極としては、例えば陽極に上記と同様なＴｉＯ₂とグラファイトとカオリンの混合生成物を使用し、陰極には例えばＴｉＯ₂とｈｓａ（水素吸蔵合金）とカオリンの混合物を使用する（第３の実施例参照）。この場合、上記陽極の構成物質は上記バイアス電池を使用する場合と同じであり、同じ製法により形成することができる。上記陰極の製法も、上記陽極と同様であり、ＴｉＯ₂、ｈｓａ、カオリンの微粉末を板状に成形し、真空中に封入後、板状の素焼きとして製造する。これらの容積比は、ＴｉＯ₂：ｈｓａ：Ｋ＝２０：５０：３０とする。尚、電気伝導性を良くするため、陰極に少量のグラファイトを加えても良い。
【００４５】
バイアス電池４を使用しない場合は、図７に示すように陽極２’（例えば二酸化チタンとグラファイトとカオリンの混合生成物），陰極３’（例えば二酸化チタンとｈｓａとカオリンの混合生成物）を抵抗Ｒ’、スイッチ９を介して導線Ｌで接続する。尚、１は図１と同様の透明容器である。図７のスイッチ９のオン状態では、時間の経過と共にエネルギー的に平衡状態となって系は安定状態となる。この状態で、例えば陽極２’及び陰極３’或いは陽極２’のみに光を照射して水中に水素イオンＨ⁺，酸素イオンＯ^2-が生ずると上記平衡状態が崩れ、上記電気陰極性、電子親和力により電荷移動反応が発生し、この際に酸素イオンの陽極２’への挿入、及び水素イオンの陰極３’への挿入が起こり、電子が陽極２’から陰極３’に移動して上記と同様に陽極２’に酸素原子、陰極３’に水素原子が蓄蔵されていく。
【００４６】
その後、上記スイッチ９をオフして上記導線Ｌの接続を遮断すると、新たな平衡状態となり、図５（ｃ）に示す状態と同様に、陽極２’に酸素原子、陰極３’に水素原子が蓄蔵された蓄電状態となる。その後、スイッチ９をオンして再び陽極２’，陰極３’を負荷抵抗Ｒ’で接続すると、図５（ｄ）（ｅ）に示す状態と同様に上記新たな平衡状態が崩れ、水素原子からの電子の乖離により陰極３’から陽極２’への放電が起こり、以前の平衡状態に復帰する。このときに上記負荷抵抗Ｒ’に電流が流れるものである。従って、上記バイアス電池４は、原子の蓄蔵をし易くし、原子の各電極への挿入能力を高める作用を有するものである。
【００４７】
即ち、バイアスがない時は、各々の電極２，３に自発的に酸素イオン、水素イオンを挿入し得るような性質を有する上記物質を組み合わせて混合することにより、原子の蓄蔵効果が顕著となり、より高いレベルの放電電流が得られる。
【００４８】
上記実施の形態では、蓄蔵のための電極材料として層状物質を例に説明したが、多孔質物質でも良い。
【００４９】
また、上記陰極材料には上記混合成形物に代り水素吸蔵合金を単独で用い、陽極にのみ上記混合成形物を用いることができる。
【００５０】
上記電気化学エネルギーの蓄蔵と、上記電力の供給はスイッチの切換によって交互に繰返し行い、上記電力は間歇的に継続供給され、又大きな電荷の蓄積により該電力は必要な時に電気エネルギーとして取り出すことができる。即ち、本発明に係る光蓄電池は、上記蓄蔵と上記化合とを交互に繰返すことのできるものである。
【００５１】
【実施例】
Ａ．第１の実施例
１）電池構成は、図１に示すもので行った。
２）電極材料
以下のような構成の電極を使用した。
【００５２】
【表１】

３）測定条件
▲１▼電極の大きさ：おおよそ
【００５３】
【表２】

▲２▼電極間距離：おおよそ１．５ｃｍ
４）水（蒸留水に僅かのＫＯＨを溶解）：おおよそ
１．６×１０^-2moleＫＯＨ水溶液（３．６×１０^-4mole／２２ｃｍ³）
５）光照射
▲１▼キセノンランプ、電極上約０．６ワット、熱線カットフィルターを使用。
▲２▼照射時間：４時間
６）充電及び放電
▲１▼電極は充分に真空引きしたのち水に浸して長時間（１０ｈｒ）放置したものを使用した。
▲２▼充電は、ａ）スイッチ７を充電回路５に接続し、ＴｉＯ₂電極（陽極）に対して光を照射した状態で４時間行い、ｂ）一方、スイッチ７を充電回路５に接続し、光を照射しない状態で４時間行った。即ち、光照射あり、と光照射なしの２通りで行った。
▲３▼バイアスは陽極（＋）、陰極（−）として、１ｋΩを介して約１．６Ｖの電圧を印加する。
▲４▼放電は、１ｋΩの負荷抵抗を介して行う。
【００５４】
上記条件で実験を行った結果（放電時間に対する放電電流の特性）を図８に示す。上記図８において、Ｉ（ｈν，Ｖ）は光照射とバイアスをかけた後の放電電流の特性を示し、Ｉ（０，Ｖ）は光照射なしでバイアスのみをかけた後の放電電流の特性を示し、ΔＩはＩ（ｈν，Ｖ）の放電電流からＩ（０，Ｖ）の放電電流を差し引いたものであり、光照射のみによる放電電流を示すものである。
【００５５】
図８に示されるように、放電電流Ｉ（ｈν，Ｖ）は、約４８０μＡから放電を開始し、時間の経過と共に減少していくが、３０分経過時点で約２２０μＡ、６０分経過時点で約１５０μＡの放電電流が確認された。また、光照射のみによる放電電流ΔＩは、約２６０μＡから放電を開始し、１０分経過時点で約２００μＡ、３０分経過時点で約１４０μＡの放電電流が確認された。
【００５６】
Ｂ．第２の実施例
１）上記第１の実験例と同様の条件で、以下の電極を使用して実験を行った。
【００５７】
【表３】

２）放電電流（放電開始１０分後の電流）
バイアス＋光約３３０μＡ（３０分後は約２００μＡ）
光のみ（ΔＩ）約２００μＡ（３０分後は約１００μＡ）
本実施例においては、両極にＴｉＯ₂を混合させて、両電極に光を照射して行った。このように構成しても、両電極表面にて生成された酸素イオンと水素イオンにより、陽極に酸素原子、陰極に水素原子が蓄蔵され、上記実施形態と同様の原理により蓄電池を構成することができる。
Ｃ．第３の実施例
１）電池構成は図７に示すもので行った。
【００５８】
バイアス電池なしで図７に示す構成で実験を行った結果、以下の電極の組合せにおいて良好な結果が得られた。
２）電極材料
【００５９】
【表４】

３）測定条件
▲１▼電極の大きさ：おおよそ
【００６０】
【表５】

▲２▼電極間距離：おおよそ１．５ｃｍ
４）水（蒸留水に僅かのＫＯＨを溶解）：おおよそ
１．６×１０^-2moleＫＯＨ水溶液（３．６×１０^-4mole／２２ｃｍ³）
５）光照射
▲１▼キセノンランプ、電極上約０．６ワット、熱線カットフィルターを使用。
▲２▼照射時間：陽極及び陰極に４時間の光照射を行った。
６）放電
▲１▼図７の構成で電極２’、３’を導線Ｌで接続した状態で４時間光照射した後、スイッチ９をオフして両電極を開放し、その後再びスイッチ９をオンして導線Ｌを両電極２’、３’に接続し、そのときの放電電流を測定することにより行った。
▲２▼放電は１ｋΩの負荷抵抗を介して行う。
【００６１】
上記条件で実験を行った結果、放電開始後１０分後に約３０μＡ、３０分後には約２０μＡの放電電流が確認された。
【００６２】
本発明に関してさらに以下の事項を開示する。
【００６３】
１．水中に一対の電極を配置し、一方の電極は水を光分解可能な物質と原子や分子を挿入可能な物質により構成し、他方の電極は原子や分子を挿入可能な物質により構成し、両電極を電気的に接続した状態で、光源から上記一方の電極に光を照射すると共に両電極に電圧を印加することにより、水の光分解によって生じた酸素原子と水素原子を各電極に蓄蔵することを特徴とする水の光分解により充電可能な水の光分解により充電可能な光蓄電池。
【００６４】
２．水中に一対の電極を配置し、一方の電極は水を光分解可能な物質と酸素原子を挿入可能な物質により構成し、他方の電極は水素原子を挿入可能な物質により構成し、両電極を電気的に接続した状態で、光源から上記一方の電極に光を照射することにより水の光分解によって生じた酸素原子と水素原子の内、酸素原子を上記一方の電極に、水素原子を上記他方の電極に各々蓄蔵することを特徴とする水の光分解により充電可能な水の光分解により充電可能な光蓄電池。
【００６５】
３．一方の電極が二酸化チタン、グラファイト、カオリンの混合成形物であり、上記他方の電極がＷＯ₃、グラファイト、カオリンの混合成形物である水の光分解により充電可能な光蓄電池。
【００６６】
４．一方の電極が二酸化チタン、グラファイト、カオリンの混合成形物であり、上記他方の電極が二酸化チタン、水素吸蔵合金、カオリンの混合成形物である水の光分解により充電可能な光蓄電池。
【００６７】
５．水の光分解により充電可能な光蓄電池の電極又は該電極の製造方法であって、水の光分解を行う物質と酸素原子又は水素原子を蓄蔵可能な物質と粘土を混合し、該混合物を水と混練成形後、焼結することにより形成されるものであることを特徴とする水の光分解により充電可能な光蓄電池の電極又は該電極の製造方法。
【００６８】
６．水中に一対の電極を配置し、一方の電極は水を光分解可能な物質と原子や分子を挿入可能な物質により構成し、他方の電極は原子や分子を挿入可能な物質により構成し、両電極を電気的に接続した状態で、光源から上記一方の電極に光を照射することにより、水の光分解によって生じた酸素原子と水素原子を各々の電極に蓄蔵し、該蓄蔵状態において上記両電極に負荷を接続することによって、両電極に蓄蔵されていた酸素原子と水素原子を水中にて化合させ、該化合に伴って負荷に電流を流すことを特徴とする水の光分解により充電可能な光蓄電池又は水の光分解に基づく充放電方法。
【００６９】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成したので、水を光で酸素と水素に分解し、それを異なる電極に各々蓄積して蓄電池を構成することができるため、光エネルギーを電気化学的エネルギーに変換することによって、光エネルギーを電気化学エネルギーとして蓄蔵し得て必要な時に電気エネルギーとしてこれを利用し得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池構成を示す図である。
【図２】陽極の製造過程を示す図である。
【図３】陰極の製造過程を示す図である。
【図４】電極と導線の接続状態を示す電極接続部近傍の断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の動作原理を説明するための説明図である。
【図６】グラファイトの層間に酸素原子が蓄蔵されている状態を示す概念図である。
【図７】バイアス電池を用いない場合の本発明の電池構成を示す図である。
【図８】放電電流の時間変化の測定図である。
【符号の説明】
１透明容器
２、２’ 陽極
３、３’ 陰極
４電池
５充電回路
６放電回路
８キセノンランプ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a photorechargeable battery that can be charged by photolysis of water, an electrode thereof, and a method for manufacturing the electrode.
[0002]
[Prior art]
Although conventional solar cells can convert light energy into electric energy, there is a problem that electric energy cannot be taken out when stored and required.
[0003]
Devices that convert and store light energy into electrical energy on the electrodes and extract it as electrical energy when needed are important as means for converting and storing solar energy into electrical energy. Such energy conversion and storage A battery composed of good electrodes that simultaneously allows for the following has not been developed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a light storage battery that converts light energy into electric energy on an electrode and can be charged by photolysis of water that is simultaneously stored, that is, a light storage battery having both functions of power generation and storage. I do.
[0005]
Another object of the present invention is to provide an electrode of a photo-storage battery that can be charged by photolysis of water.
[0006]
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing an electrode of a photovoltaic battery which can be charged by photolysis of water.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention provides
A pair of electrodes are placed in water, one of which is a substance capable of photodegrading water and a substance capable of inserting atoms and molecules. Products containing clay and clay substances The other electrode is a substance into which atoms and molecules can be inserted. Products containing clay and clay substances And irradiating the one electrode with light from a light source in a state where both electrodes are electrically connected, thereby storing oxygen and hydrogen atoms generated by photolysis of water in each electrode. And a photorechargeable battery that can be charged by photolysis of water.
[0008]
It is necessary to use the substance capable of photodegrading water for at least one of the electrodes. However, the substance may be mixed in both electrodes and both electrodes may be irradiated with light. In addition, as a substance into which atoms and molecules can be inserted, one electrode is preferably made of a substance into which oxygen atoms can be inserted, and the other electrode is preferably made from a substance into which hydrogen atoms can be inserted. Either electrode may be mixed. The substance into which atoms and molecules can be inserted is preferably a layered substance such as graphite. As a substance into which a hydrogen atom can be inserted, for example, WO _Three , And a hydrogen storage alloy are preferable.
[0009]
In addition, a pair of electrodes are placed in water, and both electrodes are a substance capable of photodegrading water and a substance capable of inserting atoms and molecules. Products containing clay and clay substances By irradiating the electrodes with light from a light source in a state where both electrodes are electrically connected, oxygen and hydrogen atoms generated by photolysis of water are stored in each of the electrodes. It comprises a photo-storage battery that can be charged by photolysis of water.
[0010]
Further, by connecting a load to both electrodes, oxygen atoms and hydrogen atoms stored in both electrodes are combined in water, and an electric current is supplied to the load with the combination. It is composed of a photo-storage battery that can be charged by photolysis of water.
[0011]
Further, the present invention is constituted by a photorechargeable battery which can be charged by photolysis of water which can alternately repeat the storage and the compounding.
[0012]
Further, the electrode is preferably an electric conductor capable of introducing oxygen atoms or hydrogen atoms between layers or between molecules. That is, the electrode is a substance into which atoms and molecules can be inserted, and an electric conductor (for example, graphite, WO, etc.) capable of introducing oxygen atoms and hydrogen atoms between layers and between molecules. _Three , A hydrogen storage alloy, etc.).
[0013]
Preferably, the electrode is a mixed product of a layered material and a clay material. That is, the electrode is preferably a mixed product of a layered substance (eg, graphite) and a clay substance (eg, kaolin) as a substance into which atoms and molecules can be inserted.
[0014]
Further, the substance capable of photolyzing water is preferably titanium dioxide.
[0015]
Further, other than titanium dioxide, water may be used as a photo-decomposable substance, for example, SrTiO. _Three (Strontium titanate) or the like can be used.
[0016]
WO is used as an electrode as a substance capable of storing hydrogen atoms. _Three Alternatively, it is preferable to mix a hydrogen storage alloy.
[0017]
Further, the present invention is an electrode of a photorechargeable battery that can be charged by photolysis of water, and one of the electrodes is a mixture of a substance that performs photolysis of water, a substance that can store oxygen atoms or hydrogen atoms, and clay. The mixture is formed by kneading the mixture with water, followed by sintering, and the other electrode is formed by mixing a clay with a substance capable of storing hydrogen atoms or oxygen atoms and kneading the mixture with water. It is formed by sintering after molding.
[0018]
The present invention also relates to a method for producing an electrode of a photo-storage battery which can be charged by photo-decomposition of water, wherein one of the electrodes comprises a material capable of photo-decomposition of water, The mixture is kneaded and molded with water, and then sintered, and then manufactured by sintering.The other electrode is mixed with a material capable of storing hydrogen atoms or oxygen atoms and clay, and the mixture is kneaded and molded with water. , And manufactured by sintering.
[0019]
In the above-described electrode and the method for manufacturing the electrode, the substance that performs photolysis of water needs to be used for at least one electrode, but may be configured by mixing both electrodes. In other words, the other electrode is formed by mixing a material capable of storing at least hydrogen atoms or oxygen atoms with clay, and is formed by mixing a material that performs photolysis of water with this. You may. It is preferable that one electrode is formed of a material capable of storing oxygen atoms and the other electrode is formed of a material capable of storing hydrogen atoms. (Possible substances) may be mixed in either electrode. Examples of the substance capable of storing oxygen atoms or hydrogen atoms include a layered substance such as graphite, WO _Three As the clay, for example, kaolin or the like can be used.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an apparatus used in an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. As shown in FIG. 1, an anode 2 and a cathode 3 are arranged in water in a transparent container 1, and a battery 4, a charging circuit 5 including a resistor r and a discharging circuit 6 including a resistor R are provided between the

electrodes

2 and 3. Are connected in parallel by a conducting wire L, and a changeover switch 7 for selectively connecting both circuits 5 and 6 to the cathode 3 is interposed. The water does not need to be pure, and tap water can be used. Then, a xenon lamp 8 for irradiating the anode 2 with light is arranged outside the transparent container 1. The light source is not limited to a xenon lamp, but may be sunlight or any other light.
[0021]
The material of the anode 2 is, for example, titanium dioxide (TiO 2). _Two ), Graphite (C) and kaolin (K). The mixing ratio is, for example, a volume ratio TiO. _Two : Graphite: kaolin = 20: 50: 30.
[0022]
The above TiO _Two Has the action of decomposing water into oxygen and hydrogen by light (eg, A. Fujishima and K. Honda: Nature 238 (1972) 37). The above graphite is a layered substance that can take in other atoms and molecules between layers and between molecules (for example, N. Bartlett and BWMcquillan: Intercalation Chemistry, ed. MS Whittingham and AJJacobson (Academic Press, New York, 1982). ) Chap.2). The kaolin is a pure clay substance and a layered substance, and is used as a fixing material for an electrode material and a water impregnating material. In addition, a substance other than kaolin can be used as the clay substance.
[0023]
On the other hand, the material of the cathode 3 is, for example, tungsten oxide (WO). _Three ), A mixture of graphite and kaolin. The mixing ratio is, for example, a volume ratio WO _Three : Graphite: kaolin = 20: 50: 30.
[0024]
WO above _Three Is a substance capable of incorporating hydrogen between its molecules (for example, PGDickens and MFPye: Intercalation Chemistry, ed. MS Whittingham and AJJacobson (Academic Press, New York, 1982) Chap. 16), and the graphite and kaolin are It has the same function as the anode 2.
[0025]
The anode 2 is, as shown in FIG. _Two A fine powder of kaolin as a layered compound was mixed with a fine powder of graphite and a fine powder of graphite in a mortar, mixed well with water, kneaded well, formed into a plate, sealed in a vacuum, and then placed in an electric furnace. At about 700 to 800 degrees to form a plate-shaped unglazed product. For sealing in a vacuum, the plate-like molded product is placed in a transparent quartz tube (diameter 12 mm), evacuated by a vacuum pump, and then the quartz tube is burned off and sealed in the tube.
[0026]
The cathode 3 is, as shown in FIG. _Three The fine powder of kaolin as a layered compound is mixed with the fine powder of graphite and the fine powder of graphite by thoroughly grinding in a mortar, kneaded well with water, molded into a plate shape, and placed in a vacuum in the same manner as the anode 2 described above. After encapsulation, it is sintered at about 700 to 800 degrees to form a plate-shaped unglazed product. The unglazed preparation may be performed in an inert gas instead of in a vacuum.
[0027]
Also, titanium dioxide may be mixed in the cathode (see the second embodiment). In this case, the cathode is made of titanium dioxide and WO. _Three The fine powder of graphite and kaolin are mixed with the fine powder, and kneaded with water, molded into a plate, sealed in a vacuum, and sintered at about 700 to about 800 degrees in the same manner as in the above method. It is formed as unglazed.
[0028]
The size of the anode 2 is about 0.08 cm in a first embodiment described later. ^Three , The size of the cathode 3 is about 0.11 cm ^Three And the distance between the electrodes was about 1.5 cm. The size of the electrodes and the distance between the electrodes are not limited to these. In practical use, it is possible to manufacture various types of electrodes having different sizes and inter-electrode distances depending on purposes.
[0029]
As the above electrode, the anode 2 is made of TiO 2 _Two And fine powder of a storage material such as graphite, and the cathode 3 is WO _Three After mixing fine powder of a storage material such as graphite with silver powder as a binder, an electrode can be formed by pressing without sintering.
[0030]
However, in the press working, since water cannot enter the inside of the electrode, the area where oxygen and hydrogen are in contact with the storage material is small, and as a result, the charge storage amount is relatively small. In the press working, the mechanical bonding force between the constituent materials is weak, and the electrode constituent materials may be dissolved in water during use. For this reason, the electrodes are preferably formed by sintering as described above.
[0031]
Therefore, by forming each of the

electrodes

2 and 3 by unbaking, oxygen atoms and hydrogen atoms can be stored between layers and between molecules of the layered material of each electrode, and since unbaked is porous, Water sufficiently enters the inside of the electrode, and a large charge accumulation can be obtained. In addition, unglazing does not dissolve in water, and can also prevent the electrode constituent material from melting in water. In addition, the clay material (kaolin) also plays a role as a binder of the mixed molded product, and a stronger electrode can be formed by adding kaolin.
[0032]
As shown in FIG. 4, the connection between the conductive wire L and each of the

electrodes

2 and 3 is performed by bonding the conductive wire L to the

electrodes

2 and 3 with a conductive paste 10, for example, Dotite (manufactured by Fujikura Kasei KK), and then using an epoxy resin. The adhesive is fixed with a system adhesive 11, for example, Araldite (manufactured by Showa Kobunshi KK and Ciba-Gaikey Limited).
[0033]
Since the present invention is configured as described above, its possible operations will be described below.
[0034]
First, in the device shown in FIG. 1, the changeover switch 7 is connected to the charging circuit 5 side, a positive bias voltage is applied to the anode 2 side by the battery 4, a negative bias voltage is applied to the cathode 3 side, and the xenon lamp 8 is connected to the anode 2 by the battery 4. Irradiate for about 4 hours. At this time, it is preferable that the xenon lamp 8 uses the heat ray cut filter 8a at about 0.6 watt. Note that the light irradiation time is not limited to 4 hours, and can be performed for various times such as a longer time (for example, 8 hours) or a shorter time (for example, 1 hour, 30 minutes, or the like).
[0035]
Then, as shown in FIG. 5A, the light of the xenon lamp 8 emits TiO 2 near the surface of the anode 2. _Two Where water in the transparent container 1 is photolyzed into hydrogen and oxygen, and oxygen ions O ^2- And hydrogen ion H ⁺ Is generated.
[0036]
At this time, since a positive bias voltage is applied to the anode 2 and a negative bias voltage is applied to the cathode 3, the oxygen ions O ^2- Is inserted into the anode. At that time, the electrons move toward the anode of the bias cell 4, thereby causing the oxygen ions O ^2- Becomes oxygen atoms O and is stored in a layered substance such as graphite in the anode 2 (FIG. 5B). FIG. 6 shows an example in which graphite contains oxygen.
[0037]
On the other hand, the hydrogen ions H in the generated water ⁺ Is inserted into the cathode, and is then combined with electrons from the bias battery to become hydrogen atoms H, which are stored in a layered material such as graphite in the cathode 3 (see FIG. 5C). The transfer of these electrons results in the oxygen ions O ^2- The more separated electrons move to the cathode through the charging circuit 5, and the hydrogen ions H ⁺ Has been neutralized.
[0038]
Thus, during the irradiation of the xenon lamp 8, the oxygen atoms O are stored in the anode 2 and the hydrogen atoms H are stored in the cathode 3 (FIG. 5 (c)).
[0039]
At this time, the water is converted into hydrogen ions H by electrolysis without depending on the light irradiation. ⁺ And oxygen ion O ^2- These ions are stored in the anode 2 as oxygen atoms O and stored in the cathode 3 as hydrogen atoms H by the bias voltage. Accordingly, a discharge current I (hν, V) described later is composed of two components, one is a discharge current I (0, V) due to electrolysis of water which does not depend on light, and the other is only a light irradiation. The current ΔI. Note that h is a Planck multiplier, ν is the frequency of light, and V is a voltage.
[0040]
Next, after the irradiation of the xenon lamp 8 for 4 hours is completed, the changeover switch 7 is switched to the discharge circuit 6 side, and a load resistor R is connected between the anode 2 and the cathode 3 (see FIG. 5D). ).
[0041]
Then, the electrons are separated from the hydrogen atoms stored in the cathode 3 and the hydrogen ions H ⁺ The dissociated electrons flow toward the anode 2 via the load resistance R, and the electrons enter the anode 2, whereby oxygen atoms O stored in the layered material in the anode 2 are removed. Ionized again and oxygen ion O ^2- (See FIG. 5D). At this time, due to the flow of electrons from the cathode 3 to the anode 2, a current I flows through the load resistor R to generate power.
[0042]
Hydrogen ions H in the cathode 3 ⁺ And oxygen ions O in the anode 2 ^2- Comes out of the electrode into water and combines to return to the original water (see FIG. 5 (e)). That is, by connecting the load resistance R to the

electrodes

2 and 3, the oxygen atoms and the hydrogen atoms stored in the

electrodes

2 and 3 are combined in water. A current is passed.
[0043]
The above-described insertion and storage of oxygen and hydrogen atoms in the

electrodes

2 and 3 occur even when the bias battery 4 does not exist. For example, as shown in FIG. 7, even when only the resistor R 'in which the battery 4 does not exist is connected to both electrodes by the conducting wire L, the above-mentioned properties (electrocathode, electron affinity) are determined by the electronic structure and the ionic structure. A charge transfer reaction occurs, and electrons are transferred between the layers of the electrode to penetrate. Therefore, it is basically unnecessary to add the above-mentioned bias battery 4, and the storage battery of the present invention can be constituted by combining as an electrode a layered material into which one can insert oxygen and the other can insert hydrogen. That is, in the above embodiment, the bias battery 4 is provided to facilitate the insertion of atoms into the electrode, and the bias is used to enhance the effect of inserting atoms or molecules into the electrode.
[0044]
Without the bias battery, the electrodes constituting the photovoltaic battery include, for example, the same TiO _Two And a mixture of graphite and kaolin. _Two And a mixture of hsa (hydrogen storage alloy) and kaolin (see the third embodiment). In this case, the constituent material of the anode is the same as that when the bias battery is used, and can be formed by the same manufacturing method. The method for manufacturing the cathode is the same as that for the anode, and TiO _Two , Hsa, and kaolin are formed into a plate, sealed in a vacuum, and manufactured as a plate-shaped unglazed product. These volume ratios are TiO _Two : Hsa: K = 20: 50: 30. Incidentally, a small amount of graphite may be added to the cathode in order to improve the electric conductivity.
[0045]
When the bias battery 4 is not used, as shown in FIG. 7, the anode 2 '(for example, a mixed product of titanium dioxide, graphite, and kaolin) and the cathode 3' (for example, a mixed product of titanium dioxide, hsa, and kaolin) are connected with a resistor. R 'is connected with the conducting wire L via the switch 9. In addition, 1 is a transparent container similar to FIG. In the ON state of the switch 9 in FIG. 7, the system becomes energetically equilibrium with the elapse of time and the system becomes stable. In this state, for example, the anode 2 ′ and the cathode 3 ′ or only the anode 2 ′ is irradiated with light so that hydrogen ions H ⁺ , Oxygen ion O ^2- When the above occurs, the equilibrium state is broken, the electric cathodic property, a charge transfer reaction occurs due to electron affinity, and at this time, insertion of oxygen ions into the anode 2 ′ and insertion of hydrogen ions into the cathode 3 ′ occur. Electrons move from the anode 2 'to the cathode 3', and oxygen atoms are stored in the anode 2 'and hydrogen atoms are stored in the cathode 3' in the same manner as described above.
[0046]
Thereafter, when the switch 9 is turned off to disconnect the connection of the conducting wire L, a new equilibrium state is established. As in the state shown in FIG. 5C, oxygen atoms are present on the anode 2 'and hydrogen atoms are present on the cathode 3'. The storage state is reached. Thereafter, when the switch 9 is turned on and the anode 2 'and the cathode 3' are connected again by the load resistor R ', the new equilibrium state is broken in the same manner as the state shown in FIGS. Due to the dissociation of the electrons, a discharge from the cathode 3 'to the anode 2' occurs, returning to the previous equilibrium state. At this time, a current flows through the load resistor R '. Accordingly, the bias battery 4 has a function of facilitating the storage of atoms and increasing the ability to insert atoms into each electrode.
[0047]
That is, when there is no bias, by combining and mixing the above-mentioned substances having properties capable of spontaneously inserting oxygen ions and hydrogen ions into each of the

electrodes

2 and 3, the effect of storing atoms becomes remarkable. , A higher level of discharge current is obtained.
[0048]
In the above embodiment, a layered substance has been described as an example of an electrode material for storage, but a porous substance may be used.
[0049]
Further, a hydrogen storage alloy may be used alone for the cathode material instead of the mixed molded product, and the mixed molded product may be used only for the anode.
[0050]
The storage of the electrochemical energy and the supply of the electric power are alternately repeated by switching a switch, the electric power is continuously supplied intermittently, and the electric power is taken out as electric energy when necessary due to the accumulation of a large electric charge. Can be. That is, the photovoltaic battery according to the present invention can alternately repeat the above storage and the above compounding.
[0051]
【Example】
A. First embodiment
1) The battery configuration was as shown in FIG.
2) Electrode material
An electrode having the following configuration was used.
[0052]
[Table 1]

3) Measurement conditions
(1) Electrode size: approx.
[0053]
[Table 2]

(2) Distance between electrodes: approx. 1.5 cm
4) Water (a little KOH dissolved in distilled water): approx.
1.6 × 10 ^-2 moleKOH aqueous solution (3.6 × 10 ^-Four mole / 22cm ^Three )
5) Light irradiation
(1) Xenon lamp, about 0.6 watts above the electrode, using a heat ray cut filter.
(2) Irradiation time: 4 hours
6) Charge and discharge
{Circle around (1)} The electrode used was one which was sufficiently evacuated, immersed in water and left for a long time (10 hours).
(2) For charging, a) connect the switch 7 to the charging circuit 5, _Two The operation was performed for 4 hours in a state where light was irradiated to the electrode (anode). B) On the other hand, the operation was performed for 4 hours in a state where the switch 7 was connected to the charging circuit 5 and no light was irradiated. That is, two kinds of light irradiation and no light irradiation were performed.
(3) As a bias, a voltage of about 1.6 V is applied via 1 kΩ as an anode (+) and a cathode (-).
{Circle around (4)} Discharge is performed via a load resistance of 1 kΩ.
[0054]
FIG. 8 shows the results of the experiment performed under the above conditions (the characteristics of the discharge current with respect to the discharge time). In FIG. 8, I (hν, V) indicates the characteristic of the discharge current after applying light and bias, and I (0, V) indicates the characteristic of the discharge current after applying only bias without applying light. ΔI is a value obtained by subtracting the discharge current of I (0, V) from the discharge current of I (hν, V), and indicates the discharge current caused only by light irradiation.
[0055]
As shown in FIG. 8, the discharge current I (hν, V) starts discharging from about 480 μA and decreases with time, but about 220 μA after 30 minutes and about 220 μA after 60 minutes. A discharge current of 150 μA was confirmed. In addition, the discharge current ΔI caused only by light irradiation was about 260 μA, and the discharge current was about 200 μA after 10 minutes and about 140 μA after 30 minutes.
[0056]
B. Second embodiment
1) An experiment was performed using the following electrodes under the same conditions as in the first experimental example.
[0057]
[Table 3]

2) Discharge current (current 10 minutes after the start of discharge)
Bias + light about 330μA (about 200μA after 30 minutes)
Only light (ΔI) Approx. 200 μA (Approx. 100 μA after 30 minutes)
In this embodiment, TiO is used for both electrodes. _Two Were mixed and both electrodes were irradiated with light. Even with this configuration, oxygen atoms and hydrogen ions generated on the surfaces of both electrodes store oxygen atoms on the anode and hydrogen atoms on the cathode. Can be.
C. Third embodiment
1) The battery configuration was as shown in FIG.
[0058]
As a result of conducting an experiment with the configuration shown in FIG. 7 without a bias battery, good results were obtained with the following combinations of electrodes.
2) Electrode material
[0059]
[Table 4]

3) Measurement conditions
(1) Electrode size: approx.
[0060]
[Table 5]

(2) Distance between electrodes: approx. 1.5 cm
4) Water (a little KOH dissolved in distilled water): approx.
1.6 × 10 ^-2 moleKOH aqueous solution (3.6 × 10 ^-Four mole / 22cm ^Three )
5) Light irradiation
(1) Xenon lamp, about 0.6 watts above the electrode, using a heat ray cut filter.
(2) Irradiation time: The anode and the cathode were irradiated with light for 4 hours.
6) Discharge
{Circle around (1)} After irradiating light for 4 hours with the electrodes 2 ′ and 3 ′ connected by the conducting wire L in the configuration of FIG. L was connected to both electrodes 2 'and 3', and the discharge current at that time was measured.
{Circle around (2)} Discharge is performed via a load resistance of 1 kΩ.
[0061]
As a result of conducting an experiment under the above conditions, a discharge current of about 30 μA was confirmed 10 minutes after the start of discharge, and about 20 μA was confirmed 30 minutes after the start of discharge.
[0062]
The following items are further disclosed with respect to the present invention.
[0063]
1. A pair of electrodes are placed in water, one electrode is composed of a substance capable of photodegrading water and a substance capable of inserting atoms and molecules, and the other electrode is composed of a substance capable of inserting atoms and molecules. With the electrodes electrically connected, the light source irradiates light to one of the electrodes and applies a voltage to both electrodes to store oxygen and hydrogen atoms generated by photolysis of water in each electrode. A photorechargeable battery that can be charged by photolysis of water that can be charged by photolysis of water.
[0064]
2. A pair of electrodes is arranged in water, one electrode is composed of a substance capable of photodegrading water and a substance capable of inserting oxygen atoms, the other electrode is composed of a substance capable of inserting hydrogen atoms, and both electrodes are configured. Of the oxygen and hydrogen atoms generated by photolysis of water by irradiating light from the light source to the one electrode in a state of being electrically connected, an oxygen atom is applied to the one electrode, and a hydrogen atom is applied to the other electrode. A photorechargeable battery that is rechargeable by photolysis of water and rechargeable by photolysis of water.
[0065]
3. One electrode is a mixed molded product of titanium dioxide, graphite and kaolin, and the other electrode is WO _Three Storage battery that can be charged by photolysis of water, which is a mixture of graphite, graphite and kaolin.
[0066]
4. A photorechargeable battery in which one electrode is a mixed molded product of titanium dioxide, graphite, and kaolin, and the other electrode is a mixed molded product of titanium dioxide, a hydrogen storage alloy, and kaolin.
[0067]
5. A method for producing an electrode of a photovoltaic battery or an electrode capable of being charged by photolysis of water, comprising mixing a substance capable of photodecomposing water, a substance capable of storing oxygen atoms or hydrogen atoms, and clay, and mixing the mixture. An electrode of a photo-storage battery which can be charged by photolysis of water, or a method for producing the electrode, wherein the electrode is formed by kneading and molding with water and then sintering.
[0068]
6. A pair of electrodes are arranged in water, one electrode is composed of a substance capable of photodegrading water and a substance capable of inserting atoms and molecules, and the other electrode is composed of a substance capable of inserting atoms and molecules. By irradiating the one electrode with light from a light source in a state where the electrodes are electrically connected, oxygen and hydrogen atoms generated by photolysis of water are stored in each electrode, and in the storage state, By connecting a load to the two electrodes, oxygen atoms and hydrogen atoms stored in the two electrodes are combined in water, and an electric current is supplied to the load in accordance with the combination. Charge / discharge method based on photolysis of water or water that can be charged by water.
[0069]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, water can be decomposed into oxygen and hydrogen by light, and it can be stored on different electrodes to form a storage battery, so that light energy is converted to electrochemical energy. This has the effect that light energy can be stored as electrochemical energy and can be utilized as electrical energy when needed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a battery configuration of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of an anode.
FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of a cathode.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the vicinity of an electrode connection portion showing a connection state between an electrode and a conductor.
FIGS. 5A to 5E are explanatory diagrams for explaining the operation principle of the present invention.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a state in which oxygen atoms are stored between graphite layers.
FIG. 7 is a diagram showing a battery configuration of the present invention when a bias battery is not used.
FIG. 8 is a measurement diagram of a change in discharge current with time.
[Explanation of symbols]
1 transparent container
2, 2 'anode
3, 3 'cathode
4 batteries
5 Charging circuit
6. Discharge circuit
8 Xenon lamp

Claims

A pair of electrodes are placed in water, one electrode is composed of a mixed product containing a substance capable of photodecomposing water, a substance capable of inserting atoms and molecules, and a clay substance, and the other electrode is composed of atoms and molecules. Consisting of a mixed product containing an insertable substance and a clay substance ,
By irradiating the one electrode with light from a light source in a state where both electrodes are electrically connected, oxygen atoms and hydrogen atoms generated by photolysis of water are stored in each electrode. Characteristic photo storage battery that can be charged by photolysis of water.

Placing a pair of electrodes in water, both electrodes are composed of a mixed product containing a substance capable of photodegrading water, a substance capable of inserting atoms and molecules, and a clay substance ,
By irradiating the electrodes with light from a light source while both electrodes are electrically connected, oxygen and hydrogen atoms generated by photolysis of water are stored in each electrode. Storage battery that can be charged by the photolysis of water.

By connecting a load to the two electrodes, oxygen atoms and hydrogen atoms stored in the two electrodes are combined in water, and an electric current is supplied to the load in accordance with the combination. Item 1. A photorechargeable battery that can be charged by photolysis of water according to item 1 or 2.

4. The photorechargeable battery according to claim 3, wherein said storage and said compound can be alternately repeated.

The photoelectrode battery capable of being charged by photolysis of water according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrode is an electric conductor capable of introducing oxygen atoms or hydrogen atoms between layers or between molecules. .

5. The photorechargeable battery according to claim 1, wherein the electrode is a mixed product of a layered material and a clay material.

5. The photorechargeable battery according to claim 1, wherein the substance capable of photodegrading water is titanium dioxide. 6.

Rechargeable optical storage battery by photolysis of water according to any one of claims 1 to 4, characterized in that is a mixture of WO ₃ or hydrogen storage alloy electrodes the hydrogen atom Chikuzo substance .

An electrode of a photorechargeable battery that can be charged by photolysis of water,
One electrode is formed by mixing a substance that performs photolysis of water, a substance capable of storing oxygen atoms or hydrogen atoms, and clay, kneading and molding the mixture with water, and then sintering the mixture. ,
The other electrode is formed by mixing a clay capable of storing hydrogen atoms or oxygen atoms with clay, kneading the mixture with water, forming the mixture, and then sintering the mixture. Of photovoltaic battery that can be charged by

A method for producing an electrode of a photovoltaic battery that can be charged by photolysis of water,
One electrode is manufactured by mixing a substance that performs photolysis of water, a substance capable of storing oxygen atoms or hydrogen atoms, and clay, kneading and molding the mixture with water, and then sintering the mixture.
The other electrode is made by mixing a clay capable of storing hydrogen atoms or oxygen atoms with clay, kneading the mixture with water, forming the mixture, and then sintering the mixture. A method for manufacturing an electrode for a photovoltaic battery.