JP4946308B2 - Electric storage device and electrode used for electric storage device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power storage device and a cluster electrode coping with problems in one using a conventional organic radical of how to more fully load an organic radical and stabilize an operation. <P>SOLUTION: The power storage device 1 is provided with electrolyte 7 and an anode 9 in a way in contact with the electrolyte 7. The device is also provided with a base board 3 in a way in contact with the electrolyte 7, and a cluster electrode 5 as a cathode on the surface of the base board at an electrolyte 7 side. A polymer film 11 is fitted between the anode 9 and the base board 3. The cluster electrode 5 has a structure in which an organic radical is carried by an oxide semiconductor in hydrogen bond. As the organic radical, a nitroxyl compound of a five-membered ring or a six-membered ring structure is used. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、有機ラジカルを用いる高容量の蓄電デバイスおよび蓄電デバイスに用いられる電極(クラスター電極)に関するものである。   The present invention relates to a high-capacity electricity storage device using organic radicals and an electrode (cluster electrode) used in the electricity storage device.

近年、ノート型パソコン、携帯電話、電気自動車などの急速な市場拡大に伴い、小型で高容量、高出力の蓄電デバイスが求められている。
中でも、正極にリチウム含有遷移金属酸化物、負極に炭素材料を用いたリチウムイオン電池は、充放電特性に優れた高エネルギー密度の蓄電デバイスとして種々の携帯機器に使われている。
In recent years, with rapid market expansion of notebook personal computers, mobile phones, electric vehicles and the like, small, high capacity, high output power storage devices are required.
Among these, lithium ion batteries using a lithium-containing transition metal oxide for a positive electrode and a carbon material for a negative electrode are used in various portable devices as high energy density power storage devices having excellent charge / discharge characteristics.

一方で、リチウムイオン電池は電極反応の反応速度が大きいとはいえず、大きな電流を流すと容量が著しく低下する場合があった。
例えば、通常のリチウムイオン電池の放電レートは1C程度(全容量を1時間で放出する場合が1C)である。
On the other hand, the lithium ion battery cannot be said to have a high reaction rate of the electrode reaction, and when a large current is passed, the capacity may be significantly reduced.
For example, the discharge rate of a normal lithium ion battery is about 1 C (1 C when the full capacity is released in 1 hour).

そこで、正極、負極の少なくとも一方の活物質がラジカル化合物を含有することを特徴とする蓄電デバイスが開発されている(特許文献1)。
ラジカル化合物には種々のものがあるが、蓄電デバイスの正極の活物質として用いられる物としては、例えばニトロキシル化合物の低分子または高分子のような有機ラジカルがある(特許文献2)。
Therefore, an electricity storage device has been developed in which at least one of the positive electrode and the negative electrode contains a radical compound (Patent Document 1).
There are various types of radical compounds, but examples of the materials used as the active material of the positive electrode of the electricity storage device include organic radicals such as low-molecules or polymers of nitroxyl compounds (Patent Document 2).

これらのラジカル化合物を用いた蓄電デバイスでは、ラジカルが関わる蓄電機構であるために、放電レートが100Cという、通常のリチウムイオン電池の100倍もの高速で電子授受が可能であるといわれている(非特許文献1)。
特開2002−151084号公報 特開2004−259618号公報 西出宏之、「有機ラジカル電池」、04−4ポリマーフロンティア21講演要旨集、(社)高分子学会、2004年11月26日、p.17〜20
The power storage devices using these radical compounds are said to be capable of transferring electrons at a high rate 100 times that of a normal lithium ion battery with a discharge rate of 100 C because of the power storage mechanism involving radicals (non-non-volatile). Patent Document 1).
JP 2002-151084 A JP 2004-259618 A Hiroyuki Nishide, “Organic Radical Battery”, 04-4 Polymer Frontier 21 Abstracts, Society of Polymer Science, November 26, 2004, p. 17-20

しかしながら、有機ラジカルを用いた電極は、高分子、低分子に依らず、有機ラジカルが絶縁体であるため、インピーダンスを低下させるためにカーボン等の導電助剤を加えることが多い。
この場合、有機ラジカルとカーボンを接着するために、さらにバインダーとしてフッ素系高分子等を加える必要がある。
However, an electrode using an organic radical does not depend on a polymer or a low molecule, and an organic radical is an insulator, so a conductive aid such as carbon is often added to reduce impedance.
In this case, in order to adhere the organic radical and carbon, it is necessary to add a fluorine-based polymer or the like as a binder.

従って、電極中の有機ラジカルの密度が低下し、容量が低下するという問題があった。
また、高分子、低分子によらず、有機ラジカルは密度が1g/cm程度であり、リチウム等の無機系の活物質と比較して、体積当たりの容量が小さくなる。
さらに、低分子の有機ラジカルにおいては特に、導電助剤やバインダーと強い相互作用をもたないため、活物質である有機ラジカルが充放電時に電解液に溶出し、蓄電デバイスとしての性能が低下するという問題もあった。
これに対し、高分子の有機ラジカルは、分子の絡み合いがあるため低分子で認められる溶出の問題は少ないが、逆に、絶縁性があり低密度の余分なポリマー主骨格部を含むため、容量低下の問題は低分子の有機ラジカルよりもさらに大きい。
Therefore, there is a problem that the density of organic radicals in the electrode is lowered and the capacity is lowered.
Regardless of polymer or low molecule, the organic radical has a density of about 1 g / cm 3 and has a smaller capacity per volume than an inorganic active material such as lithium.
Furthermore, especially in the case of low-molecular organic radicals, since there is no strong interaction with conductive assistants and binders, organic radicals that are active materials are eluted into the electrolyte during charge and discharge, and the performance as an electricity storage device is reduced. There was also a problem.
On the other hand, high molecular organic radicals have little leaching problems observed in low molecules due to molecular entanglement, but conversely, because they contain an extra polymer main skeleton that has insulation and low density, The problem of degradation is even greater than for low molecular organic radicals.

そこで本発明者らはこれらの問題点に鑑み鋭意検討の結果、蓄電デバイスの電極として、酸化物半導体の表面に有機ラジカルを担持させたクラスター電極を用いることにより、電極中の有機ラジカルの密度を高めることが可能であり、また、有機ラジカルが充放電時に電解液中に染み出すのを防ぐことが可能であることを見出し、本発明に至った。   In view of these problems, the present inventors have intensively studied and as a result of using a cluster electrode in which an organic radical is supported on the surface of an oxide semiconductor as an electrode of an electricity storage device, the density of the organic radical in the electrode is reduced. It has been found that it is possible to prevent the organic radical from leaking into the electrolyte during charging and discharging, and the present invention has been achieved.

本発明の目的とするところは、有機ラジカルの高充填化と動作の安定化という、従来の有機ラジカルを用いた蓄電デバイスの課題を克服した、蓄電デバイスおよび蓄電デバイスに用いられる電極(クラスター電極)を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an electricity storage device and an electrode used in the electricity storage device (cluster electrode) that have overcome the problems of conventional electricity storage devices using organic radicals, such as high filling of organic radicals and stabilization of operation. Is to provide.

前述した目的を達成するために、第1の発明は、少なくとも正極、負極、電解質を有する蓄電デバイスにおいて、前記正極および前記負極のうち、少なくとも1つは、酸化物半導体と、前記酸化物半導体に担持された有機ラジカルと、を有する電極(クラスター電極)であって、前記有機ラジカルと前記酸化物半導体とが、水素結合によって結合されていることを特徴とする蓄電デバイスである。 In order to achieve the above-described object, a first invention is an electricity storage device having at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is an oxide semiconductor and the oxide semiconductor. and supported organic radical, I electrode (cluster electrode) der with, and the organic radicals and the oxide semiconductor is a storage device which is characterized that you have been joined by hydrogen bonding.

前記有機ラジカルは、ニトロキシルラジカルを有する化合物、オキシラジカルを有する化合物、窒素ラジカルを有する化合物、硫黄ラジカルを有する化合物、ホウ素ラジカルを有する化合物、炭素ラジカルを有する化合物のいずれかであり、かつ前記酸化物半導体と水素結合可能な官能基を有する。
前記有機ラジカルは、1ラジカル当たりの分子量が250以下であるのが望ましい。
前記官能基は、カルボキシル基および/またはスルホ基である。
前記有機ラジカルは、下記の化学式(1)〜(3)のいずれかで表される化合物であるのが望ましい。

Figure 0004946308
前記酸化物半導体は、アナタ−ゼ型TiOであるのが望ましい。 The organic radical is any one of a compound having a nitroxyl radical, a compound having an oxy radical, a compound having a nitrogen radical, a compound having a sulfur radical, a compound having a boron radical, and a compound having a carbon radical, and the oxidation It has a functional group capable of hydrogen bonding with a physical semiconductor.
The organic radical preferably has a molecular weight per radical of 250 or less.
The functional group is a carboxyl group and / or a sulfo group.
The organic radical is preferably a compound represented by any of the following chemical formulas (1) to (3).
Figure 0004946308
The oxide semiconductor is preferably anatase TiO 2 .

第2の発明は、蓄電デバイスに用いられる電極(クラスター電極)であって、酸化物半導体と、前記酸化物半導体の表面に担持された有機ラジカルと、を有し、前記有機ラジカルと前記酸化物半導体とが、水素結合によって結合されていることを特徴とする電極(クラスター電極)である。 The second invention is an electrode for use in an electricity storage device (cluster electrode), oxide and semiconductor, have a, and supported organic radicals on the surface of the oxide semiconductor, the oxide and the organic radical and the semiconductor is an electrode which is characterized that you have been joined by hydrogen bonding (cluster electrode).

前記有機ラジカルは、ニトロキシルラジカルを有する化合物、オキシラジカルを有する化合物、窒素ラジカルを有する化合物、硫黄ラジカルを有する化合物、ホウ素ラジカルを有する化合物、炭素ラジカルを有する化合物のいずれかであり、かつ前記酸化物半導体と水素結合可能な官能基を有する。
前記有機ラジカルは、1ラジカル当たりの分子量が250以下であるのが望ましい。
前記官能基は、カルボキシル基および/またはスルホ基である。
前記有機ラジカルは、下記の化学式(1)〜(3)のいずれかで表される化合物であるのが望ましい。

Figure 0004946308
前記酸化物半導体は、アナタ−ゼ型TiOであるのが望ましい。 The organic radical is any one of a compound having a nitroxyl radical, a compound having an oxy radical, a compound having a nitrogen radical, a compound having a sulfur radical, a compound having a boron radical, and a compound having a carbon radical, and the oxidation It has a functional group capable of hydrogen bonding with a physical semiconductor.
The organic radical preferably has a molecular weight per radical of 250 or less.
The functional group is a carboxyl group and / or a sulfo group.
The organic radical is preferably a compound represented by any of the following chemical formulas (1) to (3).
Figure 0004946308
The oxide semiconductor is preferably anatase TiO 2 .

本発明では、蓄電デバイスが、酸化物半導体と、酸化物半導体に担持された有機ラジカルからなる電極(クラスター電極)を備えており、有機ラジカルが電子の授受をおこなう。   In the present invention, the electricity storage device includes an oxide semiconductor and an electrode (cluster electrode) made of an organic radical supported on the oxide semiconductor, and the organic radical transfers electrons.

本発明によれば、蓄電デバイスが、酸化物半導体と、酸化物半導体に担持された有機ラジカルからなるクラスター電極を備えており、導電助剤やバインダーが不要であるため、有機ラジカルを高充填化することができ、従来の蓄電デバイスと比べて高容量となる。   According to the present invention, an electricity storage device includes an oxide semiconductor and a cluster electrode composed of an organic radical supported on the oxide semiconductor, and does not require a conductive additive or a binder. Therefore, the capacity is higher than that of a conventional power storage device.

また、本発明によれば、クラスター電極中の酸化物半導体は、電気二重層の分極によるキャパシターとして作用し、蓄電機能を有するため、蓄電デバイスはさらに高容量となる。   In addition, according to the present invention, the oxide semiconductor in the cluster electrode acts as a capacitor by polarization of the electric double layer and has a power storage function, so that the power storage device has a higher capacity.

さらに、本発明によれば、有機ラジカルは、水素結合により酸化物半導体の表面に担持されているので、有機ラジカルが低分子であっても電極中に染み出すことがなく、蓄電デバイスは安定した性能を発揮することができる。   Furthermore, according to the present invention, since the organic radical is supported on the surface of the oxide semiconductor by a hydrogen bond, even if the organic radical is a low molecule, it does not ooze into the electrode, and the electricity storage device is stable. Performance can be demonstrated.

以下、図面に基づいて本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る蓄電デバイス1を示す断面図である。
図1に示すように、蓄電デバイス1は電解質7を有し、電解質7に接するようにして負極9が設けられている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an electricity storage device 1 according to this embodiment.
As shown in FIG. 1, the electricity storage device 1 includes an electrolyte 7, and a negative electrode 9 is provided so as to be in contact with the electrolyte 7.

また、電解質7に接するようにして基板3が設けられており、基板3の、電解質7側の表面には正極としてのクラスター電極5が設けられている。   A substrate 3 is provided so as to be in contact with the electrolyte 7, and a cluster electrode 5 as a positive electrode is provided on the surface of the substrate 3 on the electrolyte 7 side.

さらに、負極9と基板3の間にはポリマーフィルム11が設けられ、基板3と負極9の短絡を防ぐと共に、電解質7が外部に漏れるのも防いでいる。   Further, a polymer film 11 is provided between the negative electrode 9 and the substrate 3 to prevent a short circuit between the substrate 3 and the negative electrode 9 and to prevent the electrolyte 7 from leaking to the outside.

電解質7は、負極9とクラスター電極5の間の荷電担体輸送を行うものであり、支持塩を含む電解液またはゲル電解質を用いることができる。
支持塩としては例えばLiPF、LiClO、LiBF、Li(CFSON、(CNBF、(CNBF、(CNPF6、(CNPFなどの公知の支持塩を用いることができる。
The electrolyte 7 transports a charge carrier between the negative electrode 9 and the cluster electrode 5, and an electrolytic solution or a gel electrolyte containing a supporting salt can be used.
Examples of the supporting salt include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 , (C 4 H 9 ) 4 NBF 4 , (C 2 H 5 ). Known supporting salts such as 4 NPF 6 and (C 4 H 9 ) 4 NPF 6 can be used.

電解液の溶媒にはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ガンマブチルラクトン、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート等の従来の二次電池やキャパシターに使われる有機溶媒、またはそれらの混合溶媒を用いることができる。   As the solvent of the electrolytic solution, an organic solvent used in conventional secondary batteries and capacitors such as ethylene carbonate, propylene carbonate, gamma butyl lactone, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, or a mixed solvent thereof can be used.

また、 1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムビス(トリフルオロスルホニル)イミド、 1−エチル−3−ブチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート等のイオン性液体を用いることもできる。   Further, ionic liquids such as 1-methyl-3-propylimidazolium bis (trifluorosulfonyl) imide and 1-ethyl-3-butylimidazolium tetrafluoroborate can also be used.

支持塩の濃度としては、0.1〜2.0M(Mはモル/リットル)であればよいが、好ましくは0.8〜1.2Mである。   The concentration of the supporting salt may be 0.1 to 2.0M (M is mol / liter), but is preferably 0.8 to 1.2M.

ゲル電解質としては、公知のゲル電解質を用いることができ、例えば、ポリフッ化ビニリデンやポリエチレングリコール、ポリアクリロニトリル等の高分子、アミノ酸誘導体、ソルビトール誘導体などの糖類に、支持塩を含む電解液を含ませてなるゲル電解質が挙げられる。
なお、電解液またはゲル電解質中に、特開2005−228712号公報に記載されているように、ニトロキシル化合物を含ませてもよい。
As the gel electrolyte, a known gel electrolyte can be used. For example, a polymer such as polyvinylidene fluoride , polyethylene glycol or polyacrylonitrile, a sugar such as an amino acid derivative or sorbitol derivative, and an electrolyte containing a supporting salt are included. And a gel electrolyte.
A nitroxyl compound may be included in the electrolytic solution or gel electrolyte as described in JP-A-2005-228712.

負極9にはグラファイトや非晶質カーボン、リチウム金属やリチウム合金、リチウムイオン吸蔵炭素、導電性高分子などが用いられる。
また、白金を焼き付けた透明導電性ガラスも用いることができる。
The negative electrode 9 is made of graphite, amorphous carbon, lithium metal, lithium alloy, lithium ion storage carbon, conductive polymer, or the like.
A transparent conductive glass baked with platinum can also be used.

基板3は、クラスター電極5を保持する部材であり、電気を集電することのできる材料である必要がある。このような材料としては、InSnO、SnO、ZnO、In23等の透明導電材又はフッ素ドープ酸化錫(SnO:F)、アンチモンドープ酸化錫(SnO:Sb)、錫ドープ酸化インジウム(In:Sn)、ZnO、Alドープ酸化亜鉛(ZnO:Al)、Gaドープ酸化亜鉛(ZnO:Ga)等の不純物がドープされたそれらの材料等の単層又は積層を、ガラスや高分子上に形成させたものが挙げられる。 The substrate 3 is a member that holds the cluster electrode 5 and needs to be a material that can collect electricity. Such materials include transparent conductive materials such as InSnO 2 , SnO 2 , ZnO, In 2 O 3, fluorine-doped tin oxide (SnO 2 : F), antimony-doped tin oxide (SnO 2 : Sb), tin-doped oxide A single layer or a laminate of such materials doped with impurities such as indium (In 2 O 3 : Sn), ZnO, Al-doped zinc oxide (ZnO: Al), and Ga-doped zinc oxide (ZnO: Ga) is formed of glass. And those formed on a polymer.

基板3の厚さは、特に限定されるものではないが、3nmから10μm程度である。
なお、ガラスや高分子の表面形状は平坦なものでもよいし、表面に凹凸を有しているものでもよい。また基板3として、ステンレス、アルミニウム、銅などの金属板を用いてもよい。
The thickness of the substrate 3 is not particularly limited, but is about 3 nm to 10 μm.
The surface shape of the glass or polymer may be flat or may have irregularities on the surface. Further, as the substrate 3, a metal plate such as stainless steel, aluminum, or copper may be used.

正極としてのクラスター電極5は酸化物半導体と、酸化物半導体に担持された有機ラジカルからなる。   The cluster electrode 5 as a positive electrode is composed of an oxide semiconductor and an organic radical supported on the oxide semiconductor.

酸化物半導体は有機ラジカルと基板3との間の電子の伝導を担うと共に、有機ラジカルを担持する材料である。
また本発明では、酸化物半導体は、電気二重層の分極によるキャパシターとしても作用し、蓄電機能を有している。
従って、蓄電デバイス1は、従来の導電助材やバインダーを加えた蓄電デバイスと比べて、さらに高容量となる。
The oxide semiconductor is a material that supports the conduction of electrons between the organic radical and the substrate 3 and supports the organic radical.
In the present invention, the oxide semiconductor also functions as a capacitor by polarization of the electric double layer and has a power storage function.
Therefore, the electricity storage device 1 has a higher capacity than a conventional electricity storage device to which a conductive additive or binder is added.

酸化物半導体としては、例えば、TiO, ZnO, SnO2, Nb,
In, WO, ZrO, La,
TaO, SrTiO, BaTiO等が挙げられる。これらの酸化物半導体の中でもアナタ−ゼ型TiOを用いるのが望ましい。なお、ルチル型TiOを用いることも可能であるが、光電変換能ではルチル型はアナタ−ゼ型の8割程度である。これは、ルチル型とアナタ−ゼ型のTiOの伝導体のエネルギーレベルに少し差があるためと考えられる。
Examples of the oxide semiconductor include TiO 2 , ZnO, SnO 2 , Nb 2 O 5 ,
In 2 O 3 , WO 3 , ZrO 2 , La 2 O 3 ,
TaO 5, SrTiO 3, BaTiO 3, and the like. Of these oxide semiconductors, it is desirable to use anatase TiO 2 . Although rutile TiO 2 can be used, the rutile type is about 80% of the anatase type in terms of photoelectric conversion ability. This is presumably because there is a slight difference in the energy level between the rutile-type and anatase-type TiO 2 conductors.

酸化物半導体の形状としてはナノ粒子、ナノファイバー、ナノシートおよびそれらの混合であってもよい。
ナノ粒子やナノファイバーは公知の合成法でつくることができ、例えば金属アルコキシドを加圧下で水熱合成してつくることができる。
The shape of the oxide semiconductor may be nanoparticles, nanofibers, nanosheets, and a mixture thereof.
Nanoparticles and nanofibers can be produced by a known synthesis method. For example, a metal alkoxide can be produced by hydrothermal synthesis under pressure.

また、ナノシートは該当する金属の炭酸塩と酸化物からできる層状塩を酸処理した後、アンモニウム塩処理することで得ることができる。   Nanosheets can be obtained by acid treatment of layered salts made of the corresponding metal carbonates and oxides, followed by ammonium salt treatment.

酸化物半導体は、酸化物半導体のナノ粒子、ナノファイバー、あるいはナノシートを水中に界面活性剤と水溶性高分子とともに溶解、または分散させてなるペーストを、基板5上に塗工した後、高温で熱処理して焼結することで基板5上に形成される。酸化物半導体の焼結後の厚さとしては5〜25μmが望ましい。   The oxide semiconductor is prepared by applying a paste obtained by dissolving or dispersing oxide semiconductor nanoparticles, nanofibers, or nanosheets together with a surfactant and a water-soluble polymer in water on the substrate 5 at a high temperature. It is formed on the substrate 5 by heat treatment and sintering. The thickness of the oxide semiconductor after sintering is preferably 5 to 25 μm.

有機ラジカルは電極活物質である。
ラジカルとは不対電子を有する化学種であるが、反応性に富んでいるため、一般には化学反応の際の中間体としてのみ存在する。
即ち、このようなラジカルは他のラジカル等と結合することにより、電子的に対称な結合を作って短時間で消滅する。
Organic radicals are electrode active materials.
A radical is a chemical species having an unpaired electron, but since it is highly reactive, it generally exists only as an intermediate during a chemical reaction.
That is, such radicals combine with other radicals to form electronically symmetric bonds and disappear in a short time.

しかしながら、ラジカルの中には有機保護基による立体障害やπ電子の非局在化によって、比較的長時間に渡って安定して存在するものがある。
このようなラジカルは安定ラジカル化合物とも呼ばれ、電極活物質として用いることができる。
本発明で用いる有機ラジカルは、この安定ラジカル化合物である。
However, some radicals exist stably over a relatively long period of time due to steric hindrance by organic protecting groups and delocalization of π electrons.
Such a radical is also called a stable radical compound and can be used as an electrode active material.
The organic radical used in the present invention is this stable radical compound.

安定ラジカル化合物には、例えばニトロキシルラジカルを有する化合物、オキシラジカルを有する化合物、窒素ラジカルを有する化合物、硫黄ラジカルを有する化合物、炭素ラジカルを有する化合物、ホウ素ラジカルを有する化合物等が挙げられる。   Examples of the stable radical compound include a compound having a nitroxyl radical, a compound having an oxy radical, a compound having a nitrogen radical, a compound having a sulfur radical, a compound having a carbon radical, and a compound having a boron radical.

具体的には化学式(1)〜(9)に示すようなニトロキシルラジカル化合物、化学式(10)に示すようなフェノキシルラジカル化合物、化学式(11)〜(13)に示すようなヒドラジルラジカル化合物等が望ましい。この他にも、炭素ラジカル化合物、硫黄ラジカル化合物、ホウ素ラジカル化合物等が望ましい。

Figure 0004946308
Figure 0004946308
Figure 0004946308
Specifically, nitroxyl radical compounds as represented by chemical formulas (1) to (9), phenoxyl radical compounds as represented by chemical formula (10), and hydrazyl radical compounds as represented by chemical formulas (11) to (13) Etc. are desirable. In addition, a carbon radical compound, a sulfur radical compound, a boron radical compound, and the like are desirable.
Figure 0004946308
Figure 0004946308
Figure 0004946308

ニトロキシルラジカルを構成する窒素原子に嵩高いアルキル基が結合している化合物は、その立体障害効果により高い安定性が期待されるため望ましい。それらアルキル基としてはターシャリーブチル基が望ましい。
ニトロキシルラジカルを構成する窒素原子にターシャリーブチル基が結合している化合物としては、化学式(4)〜(6)に示すものが例として挙げられる。
A compound in which a bulky alkyl group is bonded to the nitrogen atom constituting the nitroxyl radical is desirable because high stability is expected due to its steric hindrance effect. These alkyl groups are preferably tertiary butyl groups.
Examples of the compound in which the tertiary butyl group is bonded to the nitrogen atom constituting the nitroxyl radical include those represented by chemical formulas (4) to (6).

また、ラジカルの安定性という観点から、ニトロキシルラジカルを構成する窒素原子に対して、少なくとも2つのアルキル基と結合した炭素原子が結合していることが望ましい。   Further, from the viewpoint of radical stability, it is desirable that a carbon atom bonded to at least two alkyl groups is bonded to a nitrogen atom constituting the nitroxyl radical.

特に、ニトロキシルラジカルを構成する窒素原子に少なくとも2つのアルキル基と結合した2つの炭素原子がそれぞれ結合している場合は、より安定性の高いラジカル化合物になることが期待される。   In particular, when two carbon atoms bonded to at least two alkyl groups are bonded to the nitrogen atom constituting the nitroxyl radical, it is expected to be a more stable radical compound.

この場合のアルキル基としてはメチル基が望ましい。
これらの2つのメチル基が結合した炭素原子が、ニトロキシルラジカルを構成する窒素原子に結合した化合物の例としては、化学式(1)〜(6)および化学式(8)〜(9)に示すものが挙げられる。
In this case, the alkyl group is preferably a methyl group.
Examples of compounds in which the carbon atom to which these two methyl groups are bonded are bonded to the nitrogen atom constituting the nitroxyl radical include those represented by chemical formulas (1) to (6) and chemical formulas (8) to (9) Is mentioned.

さらにニトロキシルラジカルを構成する窒素原子に芳香族基が結合している化合物は、電子の非局在化により高い安定性が期待されるため望ましい。
この場合、芳香族基としては、安定性の観点から、置換もしくは無置換のアリール基が好ましく、置換もしくは無置換のフェニル基がより望ましい。
ニトロキシルラジカルを構成する窒素原子に芳香族基が結合している化合物の例としては、化学式(4)〜(7)に示すものが挙げられる。
Furthermore, a compound in which an aromatic group is bonded to the nitrogen atom constituting the nitroxyl radical is desirable because high stability is expected due to delocalization of electrons.
In this case, the aromatic group is preferably a substituted or unsubstituted aryl group, more preferably a substituted or unsubstituted phenyl group from the viewpoint of stability.
Examples of the compound in which an aromatic group is bonded to the nitrogen atom constituting the nitroxyl radical include those represented by chemical formulas (4) to (7).

一方、ニトロキシルラジカルを構成する窒素原子が、複素環を形成する1原子となっている場合は、ニトロキシルラジカルの分子内反応が起こりにくくなるため、ラジカルの安定性向上が期待されるため望ましい。
この場合の複素環としては安定性の観点から、ピペリジノキシ環、ピロリジノキシ環、ピロリノキシ環が望ましい。
On the other hand, when the nitrogen atom constituting the nitroxyl radical is a single atom that forms a heterocyclic ring, the intramolecular reaction of the nitroxyl radical is unlikely to occur, which is desirable because it is expected to improve the stability of the radical. .
In this case, the heterocyclic ring is preferably a piperidinoxy ring, a pyrrolidinoxy ring or a pyrrolinoxy ring from the viewpoint of stability.

ニトロキシルラジカルを構成する窒素原子が、複素環を構成する1原子となっている例としては、化学式(1)〜(3)および化学式(8)〜(9)に示すものが挙げられる。そのうち化学式(1)に示すものはピペリジノキシ環、化学式(2)に示すものはピロリノキシ環、化学式(3)に示すものはピロリジノキシ環を形成している。   Examples in which the nitrogen atom constituting the nitroxyl radical is one atom constituting the heterocyclic ring include those represented by chemical formulas (1) to (3) and chemical formulas (8) to (9). Among them, the one shown in chemical formula (1) forms a piperidinoxy ring, the one shown in chemical formula (2) forms a pyrrolinoxy ring, and the one shown in chemical formula (3) forms a pyrrolidinoxy ring.

またニトロキシルラジカルが、ニトロキシルニトロキシド構造を構成している場合は、電子が非局在化するためラジカルが安定化することが期待されるため望ましい。このニトロキシルニトロキシド構造を有する化合物の例としては、化学式(8)および化学式(9)に示すのもが挙げられる。   Further, when the nitroxyl radical forms a nitroxyl nitroxide structure, it is desirable because the radical is expected to be stabilized because electrons are delocalized. Examples of the compound having the nitroxyl nitroxide structure include those represented by chemical formula (8) and chemical formula (9).

一方、フェノキシルラジカル化合物のように、酸素原子に芳香族基が結合している化合物は、電子の非局在化により高い安定性が期待できるので、望ましい。このような化合物の例としては、化学式(10)に示すものが挙げられる。   On the other hand, a compound in which an aromatic group is bonded to an oxygen atom, such as a phenoxyl radical compound, is desirable because high stability can be expected due to delocalization of electrons. Examples of such compounds include those represented by chemical formula (10).

さらに、ヒドラジルラジカル化合物のように、隣接する窒素が芳香族基と結合している窒素ラジカルを有する化合物は、電子の非局在化により高い安定性が期待されるので望ましい。このような化合物の例としては、化学式(11)〜(13)に示すものが挙げられる。   Furthermore, a compound having a nitrogen radical in which adjacent nitrogen is bonded to an aromatic group, such as a hydrazyl radical compound, is desirable because high stability is expected due to delocalization of electrons. Examples of such compounds include those represented by chemical formulas (11) to (13).

また、上記のニトロキシルラジカル化合物、フェノキシルラジカル化合物、ヒドラジルラジカル化合物の中でも、1ラジカル当たりの分子量が小さい化合物がより望ましい。これは、活物質当たりの容量が高くなるためである。
具体的には、1ラジカル当たりの分子量は250以下であるのが望ましい。
このような要件を満たす分子としては例えば表1に示すものが挙げられる。

Figure 0004946308
Of the above nitroxyl radical compounds, phenoxyl radical compounds, and hydrazyl radical compounds, compounds having a small molecular weight per radical are more desirable. This is because the capacity per active material is increased.
Specifically, the molecular weight per radical is desirably 250 or less.
Examples of molecules satisfying such requirements include those shown in Table 1.
Figure 0004946308

例えば、表1の番号1〜4および7〜8に示す分子のように、1分子にラジカルが1つ含まれる構造においては、分子量はそれぞれ、200.25、186.23、184.21、208.23、228.22、236.31となり、1ラジカル当たりの分子量は250以下となる。
あるいは、番号5に示す分子のように、1分子にラジカルが2つ含まれる構造においては、分子量は294.35となるが、1ラジカル当たりの分子量は147.18となり、250以下となる。
また、番号6および番号9に示す分子のように、1分子にラジカルが3つ含まれる構造においては、分子量はそれぞれ400.45、444.46となるが、1ラジカル当たりの分子量はそれぞれ133.48、148.15となり、250以下となる。
For example, in the structure in which one radical is included in one molecule, such as the molecules shown in numbers 1 to 4 and 7 to 8 in Table 1, the molecular weights are 200.25, 186.23, 184.21, 208, respectively. .23, 228.22, 236.31, and the molecular weight per radical is 250 or less.
Alternatively, in a structure in which two radicals are included in one molecule like the molecule indicated by number 5, the molecular weight is 294.35, but the molecular weight per radical is 147.18, which is 250 or less.
Further, in the structure in which three radicals are contained in one molecule like the molecules shown in Nos. 6 and 9, the molecular weights are 400.45 and 444.46, respectively, but the molecular weights per radical are 133. 48, 148.15, and 250 or less.

また、化学式(1)〜(13)に示す化合物の中でも、化学式(1)〜(3)で示す5員環または6員環構造のニトロキシル化合物を用いるのが特に望ましい。
このようなニトロキシル化合物としては、化学式(2)および化学式(3)に示すように、5員環構造の3位に少なくとも1個以上の官能基Rが結合してなる化合物や、化学式(1)に示すように、6員環構造の4位に少なくとも1個以上の官能基Rが結合してなる化合物がある。
あるいは、5員環構造の4位に少なくとも1個以上の官能基Rが結合してなる化合物や、6員環構造の3位、5位に少なくとも1個以上の官能基Rが結合してなる化合物等がある。
Of the compounds represented by the chemical formulas (1) to (13), it is particularly desirable to use a nitroxyl compound having a 5-membered or 6-membered ring structure represented by the chemical formulas (1) to (3).
As such a nitroxyl compound, as shown in chemical formula (2) and chemical formula (3), a compound in which at least one functional group R is bonded to the 3-position of a 5-membered ring structure, or chemical formula (1) As shown in Table 1, there is a compound in which at least one functional group R is bonded to the 4-position of a 6-membered ring structure.
Alternatively, a compound in which at least one functional group R is bonded to the 4-position of the 5-membered ring structure, or at least one functional group R is bonded to the 3-position, 5-position of the 6-membered ring structure. There are compounds.

このような化合物としては、例えば、4−カルボキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(化学式(1))、4−スルホキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(化学式(1))、3,4−ジカルボキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンー1−オキシル、4−エチルカルボキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンー1−オキシル(化学式(1))、3−カルボキシ−2,2,5,5、−テトラメチルピロリン−1−オキシル(化学式(2))、3−スルホキシ−2,2,5,5、−テトラメチルピロリン−1−オキシル(化学式(2))、3−カルボキシ−2,2,5,5、−テトラメチルピロリジン−1−オキシル(化学式(3))、3−スルホキシ−2,2,5,5、−テトラメチルピロリジン−1−オキシル(化学式(3))等を挙げることができる。   Examples of such compounds include 4-carboxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (chemical formula (1)), 4-sulfoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine. -1-oxyl (chemical formula (1)), 3,4-dicarboxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, 4-ethylcarboxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine -1-oxyl (chemical formula (1)), 3-carboxy-2,2,5,5, -tetramethylpyrrolin-1-oxyl (chemical formula (2)), 3-sulfoxy-2,2,5,5, -Tetramethylpyrroline-1-oxyl (chemical formula (2)), 3-carboxy-2,2,5,5, -tetramethylpyrrolidine-1-oxyl (chemical formula (3)), 3-sulfoxy-2,2, 5, 5, Tetramethyl-1-oxyl (Formula 3), and the like.

ここで、上記のように、化学式(1)〜(13)で示す有機ラジカルは全て官能基Rを有している。
官能基Rは酸化物半導体と相互作用(水素結合または静電相互作用)を生じる置換基である。
このような置換基としてはカルボキシル基もしくはスルホ基が望ましい。
Here, as described above, the organic radicals represented by the chemical formulas (1) to (13) all have the functional group R.
The functional group R is a substituent that causes an interaction (hydrogen bond or electrostatic interaction) with the oxide semiconductor.
As such a substituent, a carboxyl group or a sulfo group is desirable.

有機ラジカルがカルボキシル基もしくはスルホ基を有することにより、酸化物半導体表面上にあるヒドロキシル基および/または酸素と、有機ラジカル内のカルボキシル基もしくはスルホ基が水素結合により結びつくため、有機ラジカルは酸化物半導体に強力に担持される。   Since the organic radical has a carboxyl group or a sulfo group, the hydroxyl group and / or oxygen on the surface of the oxide semiconductor and the carboxyl group or the sulfo group in the organic radical are connected by a hydrogen bond, so the organic radical is an oxide semiconductor. Strongly supported.

従って、本発明では導電助剤もバインダーも不要であり、有機ラジカルの高充填化が可能であるため、蓄電デバイス1はバインダーを用いた従来の蓄電デバイスと比べて高容量となる。
また、低分子の有機ラジカルであっても電極中に染み出すことがないため、蓄電デバイス1は安定した性能を発揮することができる。
Therefore, in the present invention, neither a conductive auxiliary agent nor a binder is required, and the organic radical can be highly charged. Therefore, the electricity storage device 1 has a higher capacity than a conventional electricity storage device using a binder.
Moreover, even if it is a low molecular organic radical, since it does not ooze out in an electrode, the electrical storage device 1 can exhibit the stable performance.

なお、官能基Rは上記の有機ラジカル中に、最低1つは存在しなければならないが、2つ以上あってもよい。
例えば、化学式(4)および化学式(5)においては、1つの芳香環に2つ以上の官能基Rが結合していてもよい。
また化学式(6)および化学式(7)においては2つの芳香環のうち、いずれか一方に官能基Rが結合していてもよいし、両方に結合していてもよい。
さらに、また化学式(11)および化学式(12)においては3つの芳香環のうち、いずれか1つに官能基Rが結合していてもよいし、いずれか2つに結合していてもよいし、3つ全てに結合していてもよい。
あるいは、化学式(13)においては4つの芳香環のうち、いずれか1つに官能基Rが結合していてもよいし、いずれか2つに結合していてもよいし、いずれか3つに結合していてもよいし、4つすべてに結合していてもよい。
In addition, at least one functional group R must be present in the above organic radical, but two or more functional groups R may be present.
For example, in chemical formula (4) and chemical formula (5), two or more functional groups R may be bonded to one aromatic ring.
In chemical formula (6) and chemical formula (7), functional group R may be bonded to either one of two aromatic rings, or may be bonded to both.
Furthermore, in chemical formula (11) and chemical formula (12), functional group R may be bonded to any one of the three aromatic rings, or may be bonded to any two of them. It may be bonded to all three.
Alternatively, in the chemical formula (13), the functional group R may be bonded to any one of the four aromatic rings, may be bonded to any two, or any three It may be bonded, or may be bonded to all four.

有機ラジカルの酸化物半導体への担持は、有機ラジカルをエタノール、アセトニトリルなどの有機溶媒に溶解した溶液に、クラスター電極を浸漬することで担持される。
浸漬時間は有機ラジカルの種類によるが、24時間から150時間であればよい。
The organic radical is supported on the oxide semiconductor by immersing the cluster electrode in a solution in which the organic radical is dissolved in an organic solvent such as ethanol or acetonitrile.
The immersion time depends on the type of organic radical, but may be 24 hours to 150 hours.

有機ラジカルの担持量としては、クラスター電極の体積あたり0.5×10−7〜10×10−7モル/cmであればよい。なお、有機ラジカルの溶液中にケノデオキシコール酸などの共吸着剤を含ませてもよい。 The supported amount of organic radicals may be 0.5 × 10 −7 to 10 × 10 −7 mol / cm 3 per volume of the cluster electrode. A co-adsorbent such as chenodeoxycholic acid may be included in the organic radical solution.

なお、特開2006−73241号公報には分子構造内にメチル基やフェニル基を有する有機ラジカルが提案されているが、これらの有機ラジカルは酸化物半導体表面上のヒドロキシル基と結合することができないので担持できない。   JP-A-2006-73241 proposes organic radicals having a methyl group or a phenyl group in the molecular structure, but these organic radicals cannot bind to a hydroxyl group on the surface of an oxide semiconductor. So it can not be carried.

以下、実施例に基づいて、詳細に説明する。
まず、市販のTiOナノ粒子(日本エアロジル製P25)を、ヒドロキシプロピルセルロース(3重量%)を含むブチルカルビトール中に懸濁させたペーストを調製した。
次にこのペーストを旭硝子製のFドープ透明導電性ガラス基板上に塗布し、大気中、450℃で30分焼成処理することでTiOをガラス基板上に形成した。
Hereinafter, it demonstrates in detail based on an Example.
First, a paste was prepared by suspending commercially available TiO 2 nanoparticles (Nippon Aerosil P25) in butyl carbitol containing hydroxypropyl cellulose (3% by weight).
Next, this paste was applied onto an F-doped transparent conductive glass substrate manufactured by Asahi Glass and baked at 450 ° C. for 30 minutes in the air to form TiO 2 on the glass substrate.

次に、このガラス基板を、4−カルボキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(東京化成)100mgを溶解させたエタノール50mLに一週間浸漬させて有機ラジカルをTiO上に吸着させ、クラスター電極とした。なお、クラスター電極の大きさは10mm×10mm、厚さ10μmである。 Next, this glass substrate is immersed in 50 mL of ethanol in which 100 mg of 4-carboxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (Tokyo Kasei) is dissolved for one week, and the organic radicals are put on TiO 2 . To make a cluster electrode. The cluster electrode has a size of 10 mm × 10 mm and a thickness of 10 μm.

次に、上記クラスター電極と同様の形状と大きさを有する対極を作製した。まず、日本硝子製のFドープ透明導電性ガラス基板上に、塩化白金酸六水和物(和光純薬)を溶解したイソプロパノール(10mg/25mL(ミリリットル))をスピンコートした(スピンコートの回転数2500rpm)。次に、これを大気中で乾燥した後、400℃で1時間焼成して白金焼結対極を得た。なお、この対極には予め電解液の注入孔(直径1mm)を設けておいた。   Next, a counter electrode having the same shape and size as the cluster electrode was prepared. First, an isopropanol (10 mg / 25 mL (milliliter)) in which chloroplatinic acid hexahydrate (Wako Pure Chemical Industries) was dissolved was spin-coated on an F-doped transparent conductive glass substrate manufactured by Nippon Glass (rotation speed of spin coating) 2500 rpm). Next, after drying this in air | atmosphere, it baked at 400 degreeC for 1 hour, and obtained the platinum sintered counter electrode. The counter electrode was previously provided with an electrolyte injection hole (diameter 1 mm).

次に、クラスター電極の大きさに合わせた形状を有する三井デユポンポリケミカル製のポリマーフィルム(ハイミラン)を準備し、クラスター電極と対極を、ポリマーフィルムを介して対向させ、それぞれを熱溶着により貼り合わせた。   Next, prepare a polymer film (Hi-Milan) made by Mitsui Deupon Polychemical Co., Ltd., which has a shape that matches the size of the cluster electrode, with the cluster electrode and counter electrode facing each other through the polymer film, and bonding them together by thermal welding It was.

続いて、対極の注入孔から電解液として、1モル/リットルのテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート(富山薬品製)を注入し、注入後、その注入孔をポリマーフィルムと同素材の部材で塞いで図1に示す蓄電デバイス1を完成させた。   Subsequently, 1 mol / liter of tetraethylammonium tetrafluoroborate (manufactured by Toyama Pharmaceutical) was injected as an electrolyte from the injection hole of the counter electrode, and after the injection, the injection hole was closed with a member made of the same material as the polymer film. The electric storage device 1 shown in FIG.

そして、北斗電工の充放電システム(HJ1001SM8A)を使って、電位を0.1V〜1.4Vの間で蓄電デバイス1の充放電試験を行なった。結果を図2に示す。
図2に示すように、蓄電デバイス1は充放電ができ、有機ラジカルの担持量あたりの放電容量は320mAh/gであった。非特許文献1によれば、有機ラジカルの理論容量は100mAh/g前後であるため、本発明の蓄電デバイス1は極めて大きな容量をもつことがわかった。
Then, using the charge / discharge system (HJ1001SM8A) of Hokuto Denko, a charge / discharge test of the electricity storage device 1 was performed at a potential of 0.1V to 1.4V. The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the electricity storage device 1 was able to charge and discharge, and the discharge capacity per supported amount of organic radicals was 320 mAh / g. According to Non-Patent Document 1, since the theoretical capacity of the organic radical is around 100 mAh / g, it was found that the electricity storage device 1 of the present invention has a very large capacity.

実施例1において、市販のTiO粒子の代わりに、アルドリッチ製のZnO粒子(粒径1μm以下)を用い、他は全て実施例1と同じ条件で蓄電デバイス1a(図示せず)を作製し、北斗電工の充放電システム(HJ1001SM8A)を使って、電位を0.1V〜1.4Vの間で蓄電デバイスの充放電試験を行なった。
その結果、蓄電デバイス1aの、有機ラジカルの担持量あたりの放電容量は210mAh/gであった。
In Example 1, instead of the commercially available TiO 2 particles, Aldrich ZnO particles (particle size of 1 μm or less) were used, and the rest were all produced under the same conditions as in Example 1 to produce an electricity storage device 1a (not shown). Using a charge / discharge system (HJ1001SM8A) manufactured by Hokuto Denko, a charge / discharge test of the electricity storage device was performed at a potential of 0.1 V to 1.4 V.
As a result, the discharge capacity of the electricity storage device 1a per supported amount of organic radicals was 210 mAh / g.

実施例1において、市販のTiO粒子の代わりに、ジョンソン・マッセイ製のSnOナノ粒子を用い、他は全て実施例1と同じ条件で蓄電デバイス1b(図示せず)を作製し、北斗電工の充放電システム(HJ1001SM8A)を使って、電位を0.1V〜1.4Vの間で蓄電デバイスの充放電試験を行なった。
その結果、蓄電デバイス1bの、有機ラジカルの担持量あたりの放電容量は235mAh/gであった。
In Example 1, an electricity storage device 1b (not shown) was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that SnO nanoparticles manufactured by Johnson Matthey were used instead of commercially available TiO 2 particles. Using the charge / discharge system (HJ1001SM8A), the charge / discharge test of the electricity storage device was performed at a potential of 0.1 V to 1.4 V.
As a result, the discharge capacity of the electricity storage device 1b per supported amount of organic radicals was 235 mAh / g.

実施例1において、4−カルボキシー2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルの代わりに3−カルボキシー2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル(東京化成)を用い、他は全て実施例1と同じ条件で蓄電デバイス1c(図示せず)を作製し、北斗電工の充放電システム(HJ1001SM8A)を使って、電位を0.1V〜1.4Vの間で蓄電デバイスの充放電試験を行なった
その結果、蓄電デバイス1cの、有機ラジカルの担持量あたりの放電容量は155mAh/gであった。
In Example 1, 3-carboxy-2,2,5,5-tetramethylpyrrolidine-1-oxyl (Tokyo Kasei) was used instead of 4-carboxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl. , All others produced the electricity storage device 1c (not shown) under the same conditions as in Example 1, and using the Hokuto Denko charge / discharge system (HJ1001SM8A), the electricity storage device was charged between 0.1V and 1.4V. As a result, the discharge capacity per unit amount of the organic radical of the electricity storage device 1c was 155 mAh / g.

(比較例1)
実施例1において、TiOを表面に形成したガラス基板を4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンー1−オキシル(和光純薬)エタノール溶液に浸漬したが、TiO上に有機ラジカルは吸着せず、クラスター電極は作製できなかった。
(Comparative Example 1)
In Example 1, was immersed glass substrate with the TiO 2 on the surface 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (Wako Pure Chemical) ethanol solution, on TiO 2 Organic radicals were not adsorbed and a cluster electrode could not be produced.

(比較例2)
実施例1において、TiOを表面に形成したガラス基板を2,2,6,6−テトラメチルピペリシニルオキシラジカル(和光純薬)エタノール溶液に浸漬したが、TiO上に有機ラジカルは吸着せず、クラスター電極は作製できなかった。
(Comparative Example 2)
In Example 1, a glass substrate on which TiO 2 was formed was immersed in 2,2,6,6-tetramethylpipericinyloxy radical (Wako Pure Chemical) ethanol solution, but organic radicals adsorbed on TiO 2. The cluster electrode could not be produced.

図3に示すように、実施例2のクラスター電極をもつ正極13と、リチウム金属負極15をビーカーセル19に備えて、1モル/リットルのLiPF電解液17(溶媒:エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒体積比1:1、富山薬品工業)を浸し、蓄電デバイス1dを作製した。 As shown in FIG. 3, a positive electrode 13 having a cluster electrode of Example 2 and a lithium metal negative electrode 15 were provided in a beaker cell 19, and a 1 mol / liter LiPF 6 electrolyte solution 17 (solvent: ethylene carbonate and diethyl carbonate of A mixed solvent volume ratio 1: 1, Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) was dipped to produce an electricity storage device 1d.

そして、正極13と負極15の間の電位を3.1〜4.0Vの間を100mV/secの速さで2回掃引し、充放電の有無を調べた。以上の結果を図4に示す。
図4に示すように、3.8V付近に充電を反映する酸化電流が観測され、3.6V付近に放電を反映する還元電流が観測された。
Then, the potential between the positive electrode 13 and the negative electrode 15 was swept twice between 3.1 to 4.0 V at a speed of 100 mV / sec, and the presence or absence of charge / discharge was examined. The above results are shown in FIG.
As shown in FIG. 4, an oxidation current reflecting charging was observed near 3.8V, and a reduction current reflecting discharging was observed near 3.6V.

以上、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, the technical scope of this invention is not influenced by embodiment mentioned above. It is obvious for those skilled in the art that various modifications or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. It is understood that it belongs.

例えば、本実施形態ではクラスター電極を正極に用いているが、負極に用いてもよい。   For example, although the cluster electrode is used for the positive electrode in this embodiment, it may be used for the negative electrode.

蓄電デバイス1を示す断面図であるIt is sectional drawing which shows the electrical storage device 1. 実施例1で作製した蓄電デバイス1の充放電試験の結果を示す図であるIt is a figure which shows the result of the charging / discharging test of the electrical storage device 1 produced in Example 1. FIG. 実施例5で作製した蓄電デバイス1dを示す図であるIt is a figure which shows the electrical storage device 1d produced in Example 5. 実施例5で作製した蓄電デバイス1dの充放電試験の結果を示す図であるIt is a figure which shows the result of the charging / discharging test of the electrical storage device 1d produced in Example 5. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…………蓄電デバイス
1d………蓄電デバイス
3…………基板
5…………クラスター電極
7…………電解液
9…………負極
11………ポリマーフィルム
13………正極
15………負極
17………電解液
19………ビーカーセル
1 ………… Power storage device 1d ………… Power storage device 3 ………… Substrate 5 ………… Cluster electrode 7 ………… Electrolyte 9 ………… Negative electrode 11 ……… Polymer film 13 ……… Positive electrode 15 ......... Negative electrode 17 ......... Electrolytic solution 19 ......... Beaker cell

Claims (12)

少なくとも正極、負極、電解質を有する蓄電デバイスにおいて、
前記正極および前記負極のうち、少なくとも1つは、
酸化物半導体と、
前記酸化物半導体に担持された有機ラジカルと、を有する電極であって、
前記有機ラジカルと前記酸化物半導体とが、水素結合によって結合されていることを特徴とする蓄電デバイス。
In an electricity storage device having at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte,
At least one of the positive electrode and the negative electrode is
An oxide semiconductor;
What electrode der having an organic radical which is supported on the oxide semiconductor,
Storage device wherein organic radicals and said oxide semiconductor, which is characterized that you have been joined by hydrogen bonding.
前記有機ラジカルは、ニトロキシルラジカルを有する化合物、オキシラジカルを有する化合物、窒素ラジカルを有する化合物、硫黄ラジカルを有する化合物、ホウ素ラジカルを有する化合物、炭素ラジカルを有する化合物のいずれかであり、かつ前記酸化物半導体と水素結合可能な官能基を有することを特徴とする請求項1記載の蓄電デバイス。   The organic radical is any one of a compound having a nitroxyl radical, a compound having an oxy radical, a compound having a nitrogen radical, a compound having a sulfur radical, a compound having a boron radical, and a compound having a carbon radical, and the oxidation The electrical storage device according to claim 1, further comprising a functional group capable of hydrogen bonding with a physical semiconductor. 前記有機ラジカルは、1ラジカル当たりの分子量が250以下であることを特徴とする請求項2記載の蓄電デバイス。   The electric storage device according to claim 2, wherein the organic radical has a molecular weight of 250 or less per radical. 前記官能基は、カルボキシル基および/またはスルホ基であることを特徴とする請求項2記載の蓄電デバイス。   The electric storage device according to claim 2, wherein the functional group is a carboxyl group and / or a sulfo group. 前記有機ラジカルは、下記の化学式(1)〜(3)のいずれかで表される化合物であることを特徴とする請求項3または請求項4記載の蓄電デバイス。
Figure 0004946308
The power storage device according to claim 3 or 4, wherein the organic radical is a compound represented by any one of the following chemical formulas (1) to (3).
Figure 0004946308
前記酸化物半導体は、アナタ−ゼ型TiOであることを特徴とする請求項1記載の蓄電デバイス。 The power storage device according to claim 1, wherein the oxide semiconductor is anatase TiO 2 . 蓄電デバイスに用いられる電極であって、
酸化物半導体と、
前記酸化物半導体の表面に担持された有機ラジカルと、を有し、
前記有機ラジカルと前記酸化物半導体とが、水素結合によって結合されていることを特徴とする電極。
An electrode used in an electricity storage device,
An oxide semiconductor;
Have a, and supported organic radicals on the surface of the oxide semiconductor,
The organic radical and said oxide semiconductor is characterized that you have been joined by hydrogen bonding electrode.
前記有機ラジカルは、ニトロキシルラジカルを有する化合物、オキシラジカルを有する化合物、窒素ラジカルを有する化合物、硫黄ラジカルを有する化合物、ホウ素ラジカルを有する化合物、炭素ラジカルを有する化合物のいずれかであり、かつ前記酸化物半導体と水素結合可能な官能基を有することを特徴とする請求項7記載の電極。   The organic radical is any one of a compound having a nitroxyl radical, a compound having an oxy radical, a compound having a nitrogen radical, a compound having a sulfur radical, a compound having a boron radical, and a compound having a carbon radical, and the oxidation The electrode according to claim 7, which has a functional group capable of hydrogen bonding with a physical semiconductor. 前記有機ラジカルは、1ラジカル当たりの分子量が250以下であることを特徴とする請求項8記載の電極。   The electrode according to claim 8, wherein the organic radical has a molecular weight of 250 or less per radical. 前記官能基は、カルボキシル基および/またはスルホ基であることを特徴とする請求項8記載の電極。   The electrode according to claim 8, wherein the functional group is a carboxyl group and / or a sulfo group. 前記有機ラジカルは、下記の化学式(1)〜(3)のいずれかで表される化合物であることを特徴とする請求項9または請求項10記載の電極。
Figure 0004946308
The electrode according to claim 9 or 10, wherein the organic radical is a compound represented by any one of the following chemical formulas (1) to (3).
Figure 0004946308
前記酸化物半導体は、アナタ−ゼ型TiOであることを特徴とする請求項7記載の電極。 The electrode according to claim 7, wherein the oxide semiconductor is anatase TiO 2 .
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