JP7244386B2 - Semiconductor battery, negative electrode material, positive electrode material, and method for manufacturing semiconductor battery - Google Patents

Semiconductor battery, negative electrode material, positive electrode material, and method for manufacturing semiconductor battery Download PDF

Info

Publication number
JP7244386B2
JP7244386B2 JP2019140217A JP2019140217A JP7244386B2 JP 7244386 B2 JP7244386 B2 JP 7244386B2 JP 2019140217 A JP2019140217 A JP 2019140217A JP 2019140217 A JP2019140217 A JP 2019140217A JP 7244386 B2 JP7244386 B2 JP 7244386B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode material
aluminum oxide
negative electrode
positive electrode
oxygen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019140217A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021022540A (en
Inventor
公一 芦澤
尚孝 大塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UACJ Corp
Original Assignee
UACJ Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by UACJ Corp filed Critical UACJ Corp
Priority to JP2019140217A priority Critical patent/JP7244386B2/en
Publication of JP2021022540A publication Critical patent/JP2021022540A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7244386B2 publication Critical patent/JP7244386B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

本発明は、1次電池又は2次電池である半導体電池及びその製造方法、並びに、当該半導体電池に用いられる負極材及び正極材に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor battery that is a primary battery or a secondary battery, a method for manufacturing the same, and a negative electrode material and a positive electrode material used for the semiconductor battery.

リチウムイオン電池(LIB:lithium ion battery)に代表される化学電池は、ポータブル機器用、電気自動車(EV:electric vehicle)用、及び電力貯蔵用等、幅広い用途に使用されている。 Chemical batteries, typified by lithium ion batteries (LIBs), are used in a wide variety of applications such as portable equipment, electric vehicles (EVs), and power storage.

しかしながら、特に電気自動車用途としては、リチウムイオン電池に現在以上のエネルギー密度の向上を見込むことができない。リチウムイオン電池には、次の課題がある。
(1)エネルギー密度:電気自動車でガソリン車並みの性能を得るためには、現行のリチウムイオン電池の2倍~3倍のエネルギー密度が必要である。
(2)耐久性:充放電により正極活物質及び負極活物質にリチウムイオンが挿入及び脱離を繰り返すため、正極活物質及び負極活物質の各骨格が徐々に崩壊すること、又は反応性の高い電解液により正極活物質及び負極活物質が徐々に劣化すること、により、長寿命は期待できない。
(3)安全性:電解液は可燃性である。過充電又は短絡による内部ガス発生により、爆発又は火災のおそれがある。
(4)コスト:原料としてリチウム、コバルト、及びニッケル等の高価な物質が使用されている。
However, especially for electric vehicle applications, lithium-ion batteries cannot be expected to have higher energy densities than at present. Lithium ion batteries have the following problems.
(1) Energy density: In order to achieve the performance of an electric vehicle comparable to that of a gasoline vehicle, an energy density two to three times that of current lithium-ion batteries is required.
(2) Durability: Lithium ions are repeatedly inserted into and detached from the positive electrode active material and the negative electrode active material by charging and discharging, so that the skeletons of the positive electrode active material and the negative electrode active material gradually collapse, or the reactivity is high. A long life cannot be expected due to the gradual deterioration of the positive electrode active material and the negative electrode active material due to the electrolyte.
(3) Safety: The electrolyte is flammable. There is a risk of explosion or fire due to internal gas generation due to overcharging or short circuit.
(4) Cost: Expensive substances such as lithium, cobalt, and nickel are used as raw materials.

リチウムイオン電池に係る昨今の状況を考慮し、高エネルギー密度が期待される全固体電池の開発は盛んではあるものの、全固体電池には解決し難い課題が多く、未だに実用化の目途は立っていない。 Considering the recent situation related to lithium-ion batteries, the development of all-solid-state batteries, which are expected to have high energy density, is active. do not have.

また、イオンの移動を伴わず、電子の移動及びホール(正孔)の移動により、充放電を実現する半導体電池も開発されて来ている(特許文献1及び2)。半導体電池は、エネルギー準位に電子及びホールを蓄積し、エネルギー準位から電子及びホールを放出して、充放電を行うものである。 Semiconductor batteries have also been developed in which charge and discharge are realized by the movement of electrons and holes without the movement of ions (Patent Documents 1 and 2). A semiconductor battery accumulates electrons and holes in an energy level and releases the electrons and holes from the energy level to charge and discharge.

特開2018-101560号公報JP 2018-101560 A 特開2019-67512号公報JP 2019-67512 A 国際公開第2018/225855号WO2018/225855

児子精祐、「アルミ酸化膜の酸素空孔を利用した抵抗変化型メモリに関する研究」、博士学位論文、大阪大学大学院工学研究科、11094/50511(2014)Seisuke Koko, "Research on resistance change memory using oxygen vacancies in aluminum oxide film", Doctoral dissertation, Graduate School of Engineering, Osaka University, 11094/50511 (2014)

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、特許文献3に記載のp型半導体と非特許文献1に記載のn型半導体とを用いたpn接合において、所謂充放電機能が実現されていることを見出し、当該p型半導体及びn型半導体を用いた半導体電池を発明するに至った。 As a result of extensive studies, the present inventors have realized a so-called charging/discharging function in a pn junction using the p-type semiconductor described in Patent Document 3 and the n-type semiconductor described in Non-Patent Document 1. As a result, they have invented a semiconductor battery using the p-type semiconductor and the n-type semiconductor.

本発明の一態様は、高性能の半導体電池を実現することを目的とする。 An object of one embodiment of the present invention is to realize a high-performance semiconductor battery.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体電池は、酸素が過剰に含まれる酸素過剰型酸化アルミニウムからなり、酸素過剰によりバンドギャップ内に現れる、ホールを蓄積及び放出可能な導電準位を有するp型半導体である正極材と、酸素が欠乏する酸素欠乏型酸化アルミニウムからなり、酸素欠乏によりバンドギャップ内に現れる、電子を蓄積及び放出可能な導電準位を有するn型半導体である負極材とを備える。 In order to solve the above problems, a semiconductor battery according to an aspect of the present invention is made of oxygen-excess aluminum oxide containing excess oxygen, and is capable of accumulating and releasing holes appearing in the bandgap due to excess oxygen. An n-type semiconductor composed of a positive electrode material that is a p-type semiconductor having a conductive level and an oxygen-deficient aluminum oxide that lacks oxygen and has a conductive level capable of storing and releasing electrons that appears in the bandgap due to oxygen deficiency. and a negative electrode material.

本発明の一態様によれば、高性能の半導体電池を実現することを目的とする。 An object of one aspect of the present invention is to realize a high-performance semiconductor battery.

本発明の実施形態に係る負極材及び正極材を作製するために用いられる試料の概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a sample used for producing negative electrode material and positive electrode material according to an embodiment of the present invention; FIG. 上記負極材及び正極材を作製するために用いられる装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an apparatus used for producing the negative electrode material and the positive electrode material; FIG. 上記負極材及び正極材の電極構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the electrode structure of the said negative electrode material and positive electrode material. 上記負極材及び正極材の電極構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the electrode structure of the said negative electrode material and positive electrode material. 上記負極材及び正極材の電極構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the electrode structure of the said negative electrode material and positive electrode material. 上記負極材及び正極材の電極構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the electrode structure of the said negative electrode material and positive electrode material. 上記電極構造の作製過程を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the said electrode structure. 上記電極構造の作製過程を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the said electrode structure. 上記電極構造の作製過程を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the said electrode structure. 上記電極構造の作製過程を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the said electrode structure. 上記電極構造作製過程を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the said electrode structure preparation process. 上記電極構造作製過程を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the said electrode structure preparation process. 上記電極構造作製過程を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the said electrode structure preparation process. 上記電極構造作製過程を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the said electrode structure preparation process. 本発明の実施形態に係る半導体電池の充放電特性を示すグラフである。4 is a graph showing charge/discharge characteristics of a semiconductor battery according to an embodiment of the present invention; 本発明の実施形態に係る半導体電池の充放電特性を示すグラフである。4 is a graph showing charge/discharge characteristics of a semiconductor battery according to an embodiment of the present invention; 上記半導体電池における動作原理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the principle of operation in the said semiconductor battery. 上記半導体電池における動作原理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the principle of operation in the said semiconductor battery. 上記半導体電池における動作原理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the principle of operation in the said semiconductor battery. 上記半導体電池における動作原理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the principle of operation in the said semiconductor battery. 実施例1に係る半導体電池の電流(I)‐電圧(V)特性を示すグラフである。4 is a graph showing current (I)-voltage (V) characteristics of the semiconductor battery according to Example 1; 上記半導体電池の充放電特性を示すグラフである。4 is a graph showing charge/discharge characteristics of the semiconductor battery. 実施例2に係る半導体電池の電流(I)‐電圧(V)特性を示すグラフである。5 is a graph showing current (I)-voltage (V) characteristics of a semiconductor battery according to Example 2; 上記半導体電池の充放電特性を示すグラフである。4 is a graph showing charge/discharge characteristics of the semiconductor battery.

以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。なお、各実施形態では、同一の部分には同一の符号を付し、図面で同一の符号を付したものは、再度の説明を適宜省略する。また、各実施形態に記載されている構成の寸法、材質、形状、相対配置、加工法等はあくまで一例に過ぎず、これらの記載によって本発明の技術的範囲が限定解釈されるべきではない。更に、図面は模式的なものであり、寸法の比率、形状は実際のものとは異なる場合もある。 An embodiment of the present invention will be described in detail below. In addition, in each embodiment, the same code|symbol is attached|subjected to the same part, and what attached|subjected the same code|symbol in drawing abbreviate|omits description for the second time suitably. In addition, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, processing methods, etc. of the configuration described in each embodiment are merely examples, and the technical scope of the present invention should not be construed as limited by these descriptions. Furthermore, the drawings are schematic, and dimensional ratios and shapes may differ from the actual ones.

〔負極材及び正極材〕
本発明の一実施形態に係る負極材及び正極材について説明する。負極材及び正極材は、酸化アルミニウム膜をスパークさせる方法(以下、「スパーク法」という。)により作製する。スパーク法による作製例を次に示す。
[Negative electrode material and positive electrode material]
A negative electrode material and a positive electrode material according to one embodiment of the present invention will be described. The negative electrode material and the positive electrode material are produced by a method of sparking an aluminum oxide film (hereinafter referred to as "spark method"). An example of fabrication by the spark method is shown below.

(試料)
図1は、負極材及び正極材を作製するために用いられる試料の概略断面図である。図1に示すように、金属アルミニウム基材1の表面に酸化アルミニウム膜2を被覆した試料を用意する。金属アルミニウム基材1の表面には酸化アルミニウム膜2を予め被覆しておく。酸化アルミニウム膜2の被覆方法としては、自然酸化皮膜を用いる方法、スパッタ法、アノード酸化法、大気加熱法、及びベーマイト処理法等がある。被覆した酸化アルミニウム膜2の中には、水を含み、純粋な酸化アルミニウムとはいえない膜質のものも含まれる。例えば、ベーマイトの分子式は、Al・HOであり、水1分子を含む。酸化アルミニウム膜2の膜厚は2nm~100nmとする。
(sample)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a sample used to make anode and cathode materials. As shown in FIG. 1, a sample is prepared by coating the surface of a metal aluminum substrate 1 with an aluminum oxide film 2 . The surface of the metal aluminum substrate 1 is previously coated with an aluminum oxide film 2 . Methods of coating the aluminum oxide film 2 include a method using a natural oxide film, a sputtering method, an anodic oxidation method, an air heating method, and a boehmite treatment method. The coated aluminum oxide film 2 contains water and has a film quality that cannot be said to be pure aluminum oxide. For example, the molecular formula of boehmite is Al 2 O 3 .H 2 O and contains one molecule of water. The film thickness of the aluminum oxide film 2 is set to 2 nm to 100 nm.

ここで、半導体電池の負極材及び正極材をスパーク法により作製するための膜材料としては、酸化アルミニウム、及び水酸化アルミニウム等が挙げられる。さらに、ベーマイトのように酸化アルミニウムに水分子を含むような化合物を使用することもできる。 Here, aluminum oxide, aluminum hydroxide, and the like can be mentioned as film materials for producing negative electrode materials and positive electrode materials of semiconductor batteries by the spark method. Furthermore, a compound such as boehmite containing water molecules in aluminum oxide can also be used.

また、スパーク法により負極材及び正極材を作製するための膜材料に含まれる金属イオン種は、当該膜材料が被覆される基材である金属と異種であっても良い。例えば、基材としての金属アルミニウム上又は白金上にスパッタ法により上記膜材料を成膜すれば良い。また、膜材料は、基材としての金属アルミニウムの表面を化成処理し、当該表面に上記膜材料を被覆させても良い。 Moreover, the metal ion species contained in the film material for producing the negative electrode material and the positive electrode material by the spark method may be different from the metal that is the base material with which the film material is coated. For example, the above film material may be formed by sputtering on metal aluminum or platinum as a base material. Alternatively, the film material may be obtained by chemically converting the surface of metal aluminum as a base material and coating the surface with the above film material.

基材が金属アルミニウムである場合、金属アルミニウムとしてアルミニウム合金を使用することができる。すなわち、4N以上の高純度アルミニウム及び純アルミニウム(1000系)以外に、Al-Mn系合金(3000系)、Al-Si系合金(4000系)、Al-Mg系合金(5000系)、Al-Cu-Mg系合金(2000系)、Al-Mg-Si系合金(6000系)、又はAl-Zn-Mg系合金(7000系)を用いることができる。 When the substrate is metallic aluminum, an aluminum alloy can be used as the metallic aluminum. That is, in addition to 4N or higher high-purity aluminum and pure aluminum (1000 series), Al--Mn alloy (3000 series), Al--Si alloy (4000 series), Al--Mg alloy (5000 series), Al-- A Cu--Mg alloy (2000 series), an Al--Mg--Si alloy (6000 series), or an Al--Zn--Mg alloy (7000 series) can be used.

また、上述の膜材料に接触させてスパークさせるためのプローブ5の材料として、白金、ステンレス、銅、及びカーボン等の高導電性の物質を使用することができる。スパークにより高温になるため耐熱性が高い材料が好ましい。白金は優れた材料ではあるが、コストが高い。シリコンの芯材に最表面を白金メッキした材料等を用いることが可能である。 Also, as the material of the probe 5 for contacting the above-described film material and sparking, highly conductive substances such as platinum, stainless steel, copper, and carbon can be used. A material with high heat resistance is preferable because the temperature becomes high due to the spark. Although platinum is an excellent material, it is expensive. A material obtained by plating the outermost surface of a silicon core material with platinum may be used.

(装置)
図2は、負極材及び正極材を作製するために用いられる装置の概略構成図である。図2に示す装置では、コンタクティングAFM(Atomic Force Microscope)を用いて負極材、正極材、及びセパレータからなる半導体電池を作製し、作製した半導体電池を評価可能である。カンチレバー6の先端には白金メッキが施されたプローブ5が取り付けられている。金属アルミニウム基材1は、試料固定板4に固定されていて、金属アルミニウム基材1上にある酸化アルミニウム膜2にプローブ5の先端を接触させる。大気中でプローブ5に対して金属アルミニウム基材1に+5V~+60Vの電圧を一定時間印加してスパークによる絶縁破壊を生じさせ、半導体電池を作製する。
(Device)
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an apparatus used to prepare the negative electrode material and the positive electrode material. In the apparatus shown in FIG. 2, a semiconductor battery composed of a negative electrode material, a positive electrode material, and a separator can be produced using a contacting AFM (Atomic Force Microscope), and the produced semiconductor battery can be evaluated. A platinum-plated probe 5 is attached to the tip of the cantilever 6 . The metal aluminum substrate 1 is fixed to the sample fixing plate 4 , and the tip of the probe 5 is brought into contact with the aluminum oxide film 2 on the metal aluminum substrate 1 . A voltage of +5 V to +60 V is applied to the metal aluminum substrate 1 with respect to the probe 5 in the atmosphere for a certain period of time to cause dielectric breakdown due to sparks, thereby fabricating a semiconductor battery.

電圧計8を用いて、半導体電池作製時の電圧を測定する。この測定時、スパークによる電気量を制御することが重要である。実際には、電流制限抵抗10の抵抗値を適宜変化させ、電流計9を用いて電流を測定し、当該測定結果に基づき制御する。電圧計8又は電流計9に短時間の電圧又は電流の変化を観察できる計測装置を併用すると制御がしやすくなる。例えば、オシロスコープを用いればよい。 A voltage meter 8 is used to measure the voltage during fabrication of the semiconductor battery. During this measurement, it is important to control the amount of electricity generated by the spark. In practice, the resistance value of the current limiting resistor 10 is appropriately changed, the current is measured using the ammeter 9, and the control is performed based on the measurement result. If a measuring device capable of observing short-term changes in voltage or current is used in combination with the voltmeter 8 or ammeter 9, control becomes easier. For example, an oscilloscope may be used.

(構造)
スパーク法により作製された負極材11及び正極材12の各サイズは、その直径が0.2μm~10μm、その厚さが10nm~10μmであった。図3~図6は、負極材11と正極材12との電極構造を示す概略断面図である。
(structure)
Each size of the negative electrode material 11 and the positive electrode material 12 produced by the spark method was 0.2 μm to 10 μm in diameter and 10 nm to 10 μm in thickness. 3 to 6 are schematic cross-sectional views showing electrode structures of the negative electrode material 11 and the positive electrode material 12. FIG.

図3に示した電極構造は、スパーク電圧を20V、電流制限抵抗10を400MΩとし、スパーク法により作製されたものである。金属アルミニウム基材1側には、n型半導体からなる負極材11が作製されている。また、白金からなる先端を有するプローブ5側には、p型半導体からなる正極材12が作製されている。図3に示すように、負極材11の一主面と、当該一主面と対向する、正極材12の一主面とが面接合されている。 The electrode structure shown in FIG. 3 was produced by the spark method with a spark voltage of 20 V and a current limiting resistor 10 of 400 MΩ. A negative electrode material 11 made of an n-type semiconductor is formed on the metal aluminum substrate 1 side. A positive electrode material 12 made of a p-type semiconductor is formed on the side of the probe 5 having a tip made of platinum. As shown in FIG. 3, one main surface of the negative electrode material 11 and one main surface of the positive electrode material 12 facing the one main surface are surface-bonded.

ただし、図3では、負極材11の一主面と正極材12の一主面とが平面的に接合しているかのように記載されている。しかし、実際には、負極材11の一主面及び正極材12の一主面は、それぞれ、スパークによる衝撃により湾曲した凹凸面となっており、当該凹凸面同士で接合している場合が多い。この点については、図4~図6についても、同様である。 However, in FIG. 3, it is described as if one main surface of the negative electrode material 11 and one main surface of the positive electrode material 12 are planarly bonded. However, in reality, one main surface of the negative electrode material 11 and one main surface of the positive electrode material 12 are each an uneven surface curved by the impact of the spark, and the uneven surfaces are often joined together. . This point is the same for FIGS. 4 to 6 as well.

図4に示した電極構造は、スパーク電圧を20V、電流制限抵抗10を300MΩとし、スパーク法により作製されたものである。金属アルミニウム基材1側には、n型半導体からなる負極材11が作製されている。また、白金からなる先端を有するプローブ5側には、p型半導体からなる正極材12が作製されている。 The electrode structure shown in FIG. 4 was produced by the spark method with a spark voltage of 20 V and a current limiting resistor 10 of 300 MΩ. A negative electrode material 11 made of an n-type semiconductor is formed on the metal aluminum substrate 1 side. A positive electrode material 12 made of a p-type semiconductor is formed on the side of the probe 5 having a tip made of platinum.

ただし、図4に示した電極構造が図3に示した電極構造と異なる点は、負極材11の一主面と、当該一主面と対向する、正極材12の一主面との接合面に、化学量論的酸化アルミニウム膜からなるセパレータ13が1nm~10nmの厚さで作製されている点である。セパレータ13の厚さを薄くすることによりトンネル効果が起こり、その結果、電子及びホールのうちの少なくとも一方によるトンネル電流をセパレータ13に流すことができる。図4に示した電極構造では、電流制限抵抗10を400MΩ(図3の電極構造作製時の抵抗値)から300MΩに下げたことによりスパーク時の電流が大きくなり、その結果、負極材11及び正極材12作製時の電気量が増加する。電気量の増加により、溶融塩電解した、負極材11と正極材12とが面状に混じり合い、混じり合った部分が、絶縁体である化学量論的酸化アルミニウム膜、すなわち、セパレータ13となる。 However, the electrode structure shown in FIG. 4 differs from the electrode structure shown in FIG. Another point is that the separator 13 made of a stoichiometric aluminum oxide film is manufactured with a thickness of 1 nm to 10 nm. A tunnel effect occurs by reducing the thickness of the separator 13 , and as a result, a tunnel current caused by at least one of electrons and holes can flow through the separator 13 . In the electrode structure shown in FIG. 4, the current limiting resistor 10 is lowered from 400 MΩ (the resistance value when the electrode structure of FIG. 3 is manufactured) to 300 MΩ, thereby increasing the current during sparking. The amount of electricity generated during the production of the material 12 increases. Due to the increase in the amount of electricity, the negative electrode material 11 and the positive electrode material 12 electrolyzed with molten salt are mixed in a plane, and the mixed portion becomes a stoichiometric aluminum oxide film that is an insulator, that is, the separator 13. .

図5に示した電極構造は、スパーク電圧を20V、電流制限抵抗10を100MΩとし、スパーク法により作製されたものである。金属アルミニウム基材1側には、p型半導体からなる正極材12が作製されている。また、白金からなる先端を有するプローブ5側には、n型半導体からなる負極材11が作製されている。図5に示すように、負極材11の一主面と、当該一主面と対向する、正極材12の一主面とが面接合されている。図5に示した電極構造が図3に示した電極構造と異なる点は、負極材11と正極材12との作製位置が逆である点である。 The electrode structure shown in FIG. 5 was produced by the spark method with a spark voltage of 20 V and a current limiting resistor 10 of 100 MΩ. A positive electrode material 12 made of a p-type semiconductor is formed on the metal aluminum substrate 1 side. A negative electrode material 11 made of an n-type semiconductor is formed on the side of the probe 5 having a tip made of platinum. As shown in FIG. 5, one main surface of the negative electrode material 11 and one main surface of the positive electrode material 12 facing the one main surface are surface-bonded. The electrode structure shown in FIG. 5 differs from the electrode structure shown in FIG. 3 in that the manufacturing positions of the negative electrode material 11 and the positive electrode material 12 are reversed.

図6に示した電極構造は、スパーク電圧を20V、電流制限抵抗10を60MΩとし、スパーク法により作製されたものである。金属アルミニウム基材1側には、p型半導体からなる正極材12が作製されている。また、白金からなる先端を有するプローブ5側には、n型半導体からなる負極材11が作製されている。 The electrode structure shown in FIG. 6 was produced by the spark method with a spark voltage of 20 V and a current limiting resistor 10 of 60 MΩ. A positive electrode material 12 made of a p-type semiconductor is formed on the metal aluminum substrate 1 side. A negative electrode material 11 made of an n-type semiconductor is formed on the side of the probe 5 having a tip made of platinum.

ただし、図6に示した電極構造が図5に示した電極構造と異なる点は、正極材12の一主面と、当該一主面と対向する、負極材11の一主面との接合面に、化学量論的酸化アルミニウム膜からなるセパレータ13が1nm~10nmの厚さで作製されている点である。図6に示した電極構造では、電流制限抵抗10を100MΩ(図5の電極構造作製時の抵抗値)から60MΩに下げたことによりスパーク時の電流が大きくなり、その結果、負極材11及び正極材12作製時の電気量が増加する。電気量の増加により、溶融塩電解した、正極材12と負極材11とが面状に混じり合い、混じり合った部分が絶縁体である化学量論的酸化アルミニウム膜、すなわち、セパレータ13となる。図6に示した電極構造が図4に示した電極構造と異なる点は、正極材12と負極材11との作製位置が逆である点である。 However, the electrode structure shown in FIG. 6 differs from the electrode structure shown in FIG. Another point is that the separator 13 made of a stoichiometric aluminum oxide film is manufactured with a thickness of 1 nm to 10 nm. In the electrode structure shown in FIG. 6, the current limiting resistor 10 is lowered from 100 MΩ (the resistance value when the electrode structure of FIG. 5 was produced) to 60 MΩ, thereby increasing the current during sparking. The amount of electricity generated during the production of the material 12 increases. Due to the increase in the amount of electricity, the positive electrode material 12 and the negative electrode material 11 electrolyzed with molten salt are mixed in a planar manner, and the mixed portion becomes a stoichiometric aluminum oxide film which is an insulator, that is, the separator 13 . The electrode structure shown in FIG. 6 differs from the electrode structure shown in FIG. 4 in that the positive electrode material 12 and the negative electrode material 11 are produced in opposite positions.

ここで、図5及び図6に示した電極構造の作製過程につき、説明する。特に、図5及び図6に示した電極構造における負極材11と正極材12との作製位置が図3及び図4に示した電極構造における負極材11と正極材12との作製位置と逆になるメカニズムにつき、考察する。 Here, the manufacturing process of the electrode structure shown in FIGS. 5 and 6 will be described. In particular, the manufacturing positions of the negative electrode material 11 and the positive electrode material 12 in the electrode structures shown in FIGS. 5 and 6 are opposite to the manufacturing positions of the negative electrode material 11 and the positive electrode material 12 in the electrode structures shown in FIGS. Consider the mechanism of

図7~図10は、図5及び図6に示した電極構造の作製過程を説明するための概略断面図である。まず、スパーク電圧を20V、電流制限抵抗10を100MΩとした場合について、図7~図9を用いて説明する。 7 to 10 are schematic cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the electrode structure shown in FIGS. 5 and 6. FIG. First, the case where the spark voltage is 20 V and the current limiting resistor 10 is 100 MΩ will be described with reference to FIGS. 7 to 9. FIG.

図7に示すように、スパークによる溶融塩電解により、正極材12及び負極材11の作製が開始する。より具体的には、負極材11の作製方向は、金属アルミニウム基材1側からプローブ5側に向かう方向b1であり、正極材12の作製方向は、プローブ5側から金属アルミニウム基材1側に向かう方向a1である。電流制限抵抗10を400MΩ(図3の電極構造作製時の抵抗値)から100MΩに下げたことによりスパーク時の電流が大きくなり、その結果、溶融塩電解の電気量が増加する。 As shown in FIG. 7, production of the positive electrode material 12 and the negative electrode material 11 is started by molten salt electrolysis using sparks. More specifically, the production direction of the negative electrode material 11 is the direction b1 from the metal aluminum substrate 1 side to the probe 5 side, and the production direction of the positive electrode material 12 is from the probe 5 side to the metal aluminum substrate 1 side. The heading direction is a1. By lowering the current limiting resistor 10 from 400 MΩ (the resistance value at the time of fabricating the electrode structure in FIG. 3) to 100 MΩ, the current at the time of sparking increases, and as a result, the amount of electricity in the molten salt electrolysis increases.

図8に示すように、電気量の増加により、金属アルミニウム基材1側に作製される負極材11はプローブ5側に達し、一方、プローブ5側に作製される正極材12は金属アルミニウム基材1側に達する。負極材11がプローブ5側に達し、正極材12が金属アルミニウム基材1側に達した時点以降においても、通電を継続することにより、正極材12及び負極材11の作製は継続する。 As shown in FIG. 8, due to the increase in the amount of electricity, the negative electrode material 11 produced on the metal aluminum substrate 1 side reaches the probe 5 side, while the positive electrode material 12 produced on the probe 5 side reaches the metal aluminum substrate. Reach side 1. Even after the negative electrode material 11 reaches the probe 5 side and the positive electrode material 12 reaches the metal aluminum substrate 1 side, the production of the positive electrode material 12 and the negative electrode material 11 is continued by continuing the energization.

ただし、図8における上下方向(すなわち、方向a1及び方向b1)においては、正極材12の作製は金属アルミニウム基材1により阻害され、負極材11の作製はプローブ5により阻害されることになる。その結果、正極材12及び負極材11の作製方向は、図8における左右方向に向かうことになる。より具体的には、負極材11の作製方向は、方向b1から方向b2及び方向b3に変化し、正極材12の作製方向は、方向a1から方向a2及び方向a3に変化する。 However, in the vertical direction (that is, direction a1 and direction b1) in FIG. As a result, the manufacturing direction of the positive electrode material 12 and the negative electrode material 11 is the horizontal direction in FIG. More specifically, the manufacturing direction of the negative electrode material 11 changes from the direction b1 to the directions b2 and b3, and the manufacturing direction of the positive electrode material 12 changes from the direction a1 to the directions a2 and the direction a3.

このようにして、図9に示すように、正極材12の一主面と、当該一主面と対向する、負極材11の一主面とが面接合された電極構造、すなわち、図5に示した電極構造、が作製されることになる。 In this way, as shown in FIG. 9, an electrode structure in which one main surface of the positive electrode material 12 and one main surface of the negative electrode material 11 facing the one main surface are surface-bonded, that is, as shown in FIG. The electrode structure shown will be fabricated.

次に、電流制限抵抗10を60MΩとした場合について、図7~図10を用いて説明する。電流制限抵抗10を60MΩに下げたことによりスパーク時の電流がさらに大きくなり、その結果、溶融塩電解の電気量がさらに増加する。図10に示すように、電気量の増加による発熱量の増加により、溶融塩電解した、負極材11と正極材12とが面状に混じり合い、混じり合った部分が絶縁体である化学量論的酸化アルミニウム膜、すなわち、セパレータ13となる。すなわち、図6に示した電極構造が作製されることになる。なお、図7~図9における作製過程については、上述の電流制限抵抗10を100MΩとした場合と同様であるので、説明は繰り返さない。 Next, the case where the current limiting resistor 10 is set to 60 MΩ will be described with reference to FIGS. 7 to 10. FIG. By reducing the current limiting resistor 10 to 60 MΩ, the current at the time of sparking is further increased, and as a result, the amount of electricity in the molten salt electrolysis is further increased. As shown in FIG. 10, due to an increase in the amount of heat generated due to an increase in the amount of electricity, the negative electrode material 11 and the positive electrode material 12 in the molten salt electrolysis are mixed in a plane, and the mixed portion is an insulator. A typical aluminum oxide film, that is, the separator 13 is formed. That is, the electrode structure shown in FIG. 6 is produced. The manufacturing process in FIGS. 7 to 9 is the same as the case where the current limiting resistor 10 is set to 100 MΩ, so the description will not be repeated.

(電極構造作成過程)
以下、電極構造作製過程のメカニズムについて考察する。図11~図14は、図3又は図4に示した電極構造が得られる電極構造作製過程を説明するための模式図である。
(Electrode structure creation process)
The mechanism of the electrode structure fabrication process will be considered below. 11 to 14 are schematic diagrams for explaining the electrode structure fabrication process for obtaining the electrode structure shown in FIG. 3 or FIG.

スパーク時、大気中において、金属アルミニウム基材1側に正電圧を印加し、プローブ5側に負電圧を印加する。図11に、スパークにより絶縁体である酸化アルミニウム膜2が溶融塩電解した状態を示す。スパーク時には、短時間の間、スパーク電流が流れる。スパーク電流が流れる間、酸化アルミニウム膜2は融点以上の高温になり溶融塩となる。酸化アルミニウム膜2の融点は2072℃である。融点以上の温度では、金属アルミニウム基材1側、すなわち、アノード側では式(1)に従い、プローブ5側、すなわち、カソード側では式(2)に従い、溶融塩電解が生じる。Oは、大気中の酸素である。
Al→Al3++3e ・・・(1)
+4e→2O2- ・・・(2)
アノード側で式(1)に従い、カソード側で式(2)に従い、溶融塩電解が生じることにより、式(3)に従い、Al3+及びO2-が酸化アルミニウム膜2内に蓄積される。それら蓄積物からなる蓄積物層が次第に厚くなり、図11に示すように、酸化アルミニウム膜2の膜厚は増加することになる。
4Al+3O→4Al3++6O2- ・・・(3)
スパーク終了後、酸化アルミニウム膜2の温度は降下する。温度下降速度は、蓄積物層内で完全に均一ではなく、固体及び液体が混在し、部分的に凝固してAlが作製される。溶融塩電解状態が残っている部分はイオン化している。また、固体のAlは室温では絶縁体であるが、融点近くの高温では電子伝導性を持つ。それら2つの理由のうちのいずれか一方、又は、それらの両方により、図12に示すように、式(1)に従う溶融塩電解、及び式(2)に従う溶融塩電解が継続する。
During sparking, a positive voltage is applied to the metal aluminum substrate 1 side and a negative voltage is applied to the probe 5 side in the atmosphere. FIG. 11 shows a state in which the aluminum oxide film 2, which is an insulator, is subjected to molten salt electrolysis by sparks. During sparking, a spark current flows for a short period of time. While the spark current is flowing, the aluminum oxide film 2 reaches a temperature higher than its melting point and becomes a molten salt. The melting point of the aluminum oxide film 2 is 2072.degree. At temperatures above the melting point, molten salt electrolysis occurs on the metal aluminum substrate 1 side, ie, the anode side, according to formula (1), and on the probe 5 side, ie, the cathode side, according to formula (2). O2 is atmospheric oxygen.
Al→Al 3+ +3e (1)
O 2 +4e→2O 2− (2)
Al 3+ and O 2− are accumulated in the aluminum oxide film 2 according to formula (3) by molten salt electrolysis occurring according to formula (1) on the anode side and according to formula (2) on the cathode side. The accumulation layer made up of these accumulations gradually thickens, and the film thickness of the aluminum oxide film 2 increases as shown in FIG.
4Al+3O 2 →4Al 3+ +6O 2− (3)
After the spark ends, the temperature of the aluminum oxide film 2 drops. The temperature ramp-down rate is not completely uniform within the accumulator layer, and solid and liquid are intermixed and partially solidified to produce Al 2 O 3 . The portion where the molten salt electrolysis state remains is ionized. Solid Al 2 O 3 is an insulator at room temperature, but has electronic conductivity at high temperatures near its melting point. Either or both of these two reasons will continue the molten salt electrolysis according to equation (1) and the molten salt electrolysis according to equation (2) as shown in FIG.

金属アルミニウム基材1側では、O2-イオンが減少、Al3+イオンが増加、すなわち、Al3+イオンが過剰となり、その結果、電気的中性を保つため、蓄積物層内に新たな導電準位、すなわちドナー準位、が現れる。一方、プローブ5側では、Al3+イオンが減少、O2-イオンが増加、すなわち、O2-イオンが過剰となり、その結果、電気的中性を保つため、蓄積物層内に新たな導電準位、すなわちアクセプタ準位、が現れる。 On the metallic aluminum substrate 1 side, O 2− ions decrease and Al 3+ ions increase, ie Al 3+ ions become excessive, resulting in a new conductivity level in the accumulation layer in order to maintain electrical neutrality. level, ie the donor level, appears. On the other hand, on the probe 5 side, the Al 3+ ions decrease and the O 2− ions increase, that is, the O 2− ions become excessive, resulting in a new conductivity level in the accumulation layer in order to maintain electrical neutrality. level, ie the acceptor level, appears.

さらに、酸化アルミニウム膜2の温度が室温まで降下すると、酸化アルミニウム膜2内に図13及び図14に示した蓄積物層が作製される。より具体的には、金属アルミニウム基材1側には、酸素欠損型酸化アルミニウム、すなわちn型半導体、からなる負極材11が作製され、プローブ5側には、酸素過剰型酸化アルミニウム、すなわち、p型半導体、からなる正極材12が作製される。 Further, when the temperature of the aluminum oxide film 2 drops to room temperature, the accumulation layers shown in FIGS. More specifically, on the metal aluminum substrate 1 side, a negative electrode material 11 made of oxygen-deficient aluminum oxide, i.e., an n-type semiconductor, is produced, and on the probe 5 side, oxygen-excessive aluminum oxide, i.e., p A positive electrode material 12 made of a type semiconductor is produced.

ここで、スパーク電流が適度な電気量で流れた場合、負極材11と正極材12とが面接合となり、図13に示す半導体電池が作製される。 Here, when spark current flows with an appropriate amount of electricity, the negative electrode material 11 and the positive electrode material 12 are surface-bonded, and the semiconductor battery shown in FIG. 13 is produced.

一方、スパーク電流がやや多い電気量で流れた場合、負極材11と正極材12との界面において、対向する、負極材11と正極材12との一主面側同士が溶融塩電解中に混じり合い、絶縁性の化学量論酸化アルミニウム、すなわち、セパレータ13が作製される。その結果、図14に示す、セパレータ13を負極材11と正極材12とで挟み込んだ半導体電池が作製される。図5又は図6に示した電極構造を得る場合の電極構造作製過程の反応は、図3又は図4に示した電極構造を得る場合の電極構造作製過程の反応と同じである。 On the other hand, when the spark current flows with a slightly large amount of electricity, at the interface between the negative electrode material 11 and the positive electrode material 12, one main surface sides of the negative electrode material 11 and the positive electrode material 12, which face each other, are mixed during the molten salt electrolysis. A matching, insulating stoichiometric aluminum oxide, ie separator 13, is produced. As a result, a semiconductor battery in which the separator 13 is sandwiched between the negative electrode material 11 and the positive electrode material 12 as shown in FIG. 14 is produced. The reaction in the electrode structure fabrication process for obtaining the electrode structure shown in FIG. 5 or 6 is the same as the reaction in the electrode structure fabrication process for obtaining the electrode structure shown in FIG. 3 or 4 .

また、上述のスパーク法に代えて、レーザ技術及びスパッタ技術により負極材及び正極材を作製する方法(以下、「レーザ‐スパッタ法」という。)を用いても良い。以下、レーザ‐スパッタ法について説明する。 Also, instead of the spark method described above, a method of producing the negative electrode material and the positive electrode material by laser technology and sputtering technology (hereinafter referred to as "laser-sputtering method") may be used. The laser-sputtering method will be described below.

まず、アルミナ、サファイア等の酸化アルミニウム基材に、大気中又は含酸素ガス中において、炭酸ガスレーザ、ディスクレーザ等のレーザを照射して熱を与え、酸化アルミニウム基材を融点以上の温度にする。酸化アルミニウム基材が融点以上の温度となった際、アルミニウムからなるアノードと白金からなるカソードとが、溶融した酸化アルミニウム基材の別々場所で接触するようにして、アノード‐カソード間に電流を流す。電流が流れることにより、上記箇所では溶融塩電解が生じ、その結果、アノード側に酸素欠乏型酸化アルミニウムからなるn型半導体、すなわち、負極材が作製され、カソード側に酸素過剰型酸化アルミニウムからなるp型半導体、すなわち、正極材が作製される。 First, an aluminum oxide base material such as alumina or sapphire is irradiated with a laser such as a carbon dioxide laser or a disk laser in the atmosphere or in an oxygen-containing gas to heat the aluminum oxide base material to a temperature above its melting point. When the temperature of the aluminum oxide substrate reaches the melting point or higher, the anode made of aluminum and the cathode made of platinum are brought into contact with each other at different places on the molten aluminum oxide substrate, and current is passed between the anode and the cathode. . Molten salt electrolysis occurs at the above-mentioned locations by the flow of electric current, and as a result, an n-type semiconductor made of oxygen-deficient aluminum oxide, that is, a negative electrode material is produced on the anode side, and an oxygen-excessive aluminum oxide is produced on the cathode side. A p-type semiconductor, ie, cathode material, is fabricated.

次に、スパッタ法を用いて負極材と正極材を分離して取り出す。上記の方法で負極材と正極材が作製されている酸化アルミニウム基材を多数作製し、各々の酸化アルミニウム基板の負極材の部分のみが露出し、他の部分が被覆されるように多数の孔を開けたシートでマスキングする。スパッタ装置内に上記酸化アルミニウム基材を設置して、アルゴンガス雰囲気でスパッタを行うことにより、上記酸化アルミニウム基材の負極材のみが気相に放出される。これを別の酸化アルミニウム基材上に堆積させる。このようにして負極材を個別かつ多量に取り出して、単独の負極材原料とする。正極材材料についても同様である。 Next, the negative electrode material and the positive electrode material are separated and taken out using a sputtering method. A large number of aluminum oxide substrates on which the negative electrode material and the positive electrode material are produced are prepared by the above method, and a large number of holes are formed so that only the negative electrode material portion of each aluminum oxide substrate is exposed and other portions are covered. Mask with a sheet that has been opened. By setting the aluminum oxide base material in a sputtering apparatus and performing sputtering in an argon gas atmosphere, only the negative electrode material of the aluminum oxide base material is released into the gas phase. It is deposited on another aluminum oxide substrate. In this way, a large amount of the negative electrode material is taken out individually and used as a single raw material for the negative electrode material. The same applies to the positive electrode material.

セパレータ原料は、例えば、絶縁性の化学量論酸化アルミニウム、絶縁体である酸化ケイ素を用いることができる。 As the raw material for the separator, for example, stoichiometric insulating aluminum oxide and insulating silicon oxide can be used.

上述の負極材原料を負極材用ターゲット材とし、上述の正極材原料を正極材用ターゲット材とし、上述のセパレータ原料をセパレータ用ターゲット材とする。 The above-described negative electrode material raw material is used as a negative electrode material target material, the above-described positive electrode material raw material is used as a positive electrode material target material, and the above-described separator raw material is used as a separator target material.

負極集電体となるアルミ板上に、まず、負極材用ターゲット材を用いたスパッタ法により負極材を堆積する。負極材が堆積されたアルミ板上に、セパレータ用ターゲット材を用いたスパッタ法によりセパレータを堆積する。セパレータが堆積されたアルミ板上に、正極材用ターゲット材を用いたスパッタ法により正極材を堆積する。正極材が堆積されたアルミ板上に、正極集電体となる白金をコートする。 First, a negative electrode material is deposited on an aluminum plate serving as a negative electrode current collector by a sputtering method using a target material for a negative electrode material. A separator is deposited on the aluminum plate on which the negative electrode material is deposited by a sputtering method using a separator target material. A cathode material is deposited on the aluminum plate on which the separator is deposited by a sputtering method using a cathode material target material. The aluminum plate on which the positive electrode material is deposited is coated with platinum, which serves as a positive electrode current collector.

このようにして、負極集電体、負極材、セパレータ、正極材、正極集電体が、この順に積層された2次電池である半導体電池を作製することができる。 In this way, a semiconductor battery, which is a secondary battery in which the negative electrode current collector, the negative electrode material, the separator, the positive electrode material, and the positive electrode current collector are laminated in this order, can be produced.

〔半導体電池〕
(動作原理)
半導体電池の動作原理について説明する。
[Semiconductor battery]
(Operating principle)
The operating principle of the semiconductor battery will be described.

負極材11は、酸素欠乏型酸化アルミニウムであるn型半導体である。酸素欠乏型酸化アルミニウムは、アモルファス、又は、多結晶を含有するアモルファス、からなる。アモルファスからなる酸素欠乏型酸化アルミニウムであるn型半導体に関しては、非特許文献1に詳しく述べられている。 The negative electrode material 11 is an n-type semiconductor that is oxygen-deficient aluminum oxide. The oxygen-deficient aluminum oxide is amorphous or amorphous containing polycrystals. The n-type semiconductor, which is amorphous oxygen-deficient aluminum oxide, is described in detail in Non-Patent Document 1.

酸素欠乏型酸化アルミニウムを分子式で示せば、
Al3-n(Vo ・・・(4)
である。
The molecular formula for oxygen-deficient aluminum oxide is
Al 2 O 3-n (Vo X ) n (4)
is.

ここで、Voは、酸素が欠乏した空孔を示す。酸化アルミニウム分子は共有結合よりもイオン結合が強い物質であり、Al3+とO2-とが強く結合していると考えられる。 Here, Vo X denotes oxygen-deficient vacancies. An aluminum oxide molecule is a substance having stronger ionic bonds than covalent bonds, and it is considered that Al 3+ and O 2− are strongly bonded.

1つのO2-が欠乏すると、電気的中性を保つため、2個の電子がO2-の欠乏部(以下、「Vo空孔」という。)に入り込む。この状態は、X=0の状態で、式(4)ではV となる。V空孔に1個の電子が入り込んだX=+1の状態では式(4)はV +1となる。また、V空孔に電子がないX=+2の状態では式(4)はV +2となる。 When one O 2− is depleted, two electrons enter an O 2− deficient portion (hereinafter referred to as “Vo vacancy”) to maintain electrical neutrality. This state is the state of X=0, and V O 0 in equation (4). In the state of X=+1 in which one electron enters the V 2 O vacancy, Equation (4) becomes V 2 O +1 . In addition, in the state of X=+2 where there are no electrons in V 2 O vacancies, Equation (4) becomes V 2 O +2 .

式(4)に示す物質が結晶の場合、バンドギャップの中にV 、V +1、V +2の導電準位をほとんど有しないため、いずれもほぼ絶縁体となり、電子を多量に蓄積することはできない。 When the substance represented by formula (4) is a crystal, it has almost no conductive levels of VO 0 , VO +1 , and VO +2 in the bandgap, so that they are almost insulators and accumulate a large amount of electrons. you can't.

これに対し、式(4)に示す物質が、アモルファス、又は、多結晶を含有するアモルファス、である場合、バンドギャップの中にV +1の導電準位を示す。この導電準位とフェルミ準位とは重なるため、式(4)に示す物質は金属状態となり、極めて大きな電子が蓄積される。非特許文献1に最大に電子が蓄積された場合の最大電子キャリア濃度は1021cm-3のオーダーであることが示されている。本発明者らがスパーク法で作製した負極材11ではさらに1桁大きい1022cm-3以上の最大電子キャリア濃度であることが判明している。V 、V +2では、バンドギャップ内にほとんど導電準位を有しないため、ほぼ絶縁体となり、電子を多量に蓄積することはできない。 In contrast, if the material represented by formula (4) is amorphous, or amorphous containing polycrystals, it exhibits a V 2 O +1 conduction level in the bandgap. Since the conductive level and the Fermi level overlap, the substance represented by the formula (4) is in a metallic state, and extremely large electrons are accumulated. Non-Patent Document 1 indicates that the maximum electron carrier concentration when electrons are accumulated to the maximum is on the order of 10 21 cm −3 . It has been found that the negative electrode material 11 produced by the inventors by the spark method has a maximum electron carrier concentration of 10 22 cm −3 or more, which is one order of magnitude larger. Since V 0 0 and V 0 +2 have almost no conductive level in the bandgap, they are almost insulators and cannot accumulate a large amount of electrons.

また、V +1の導電準位では、Vo空孔に1個の電子を入れることができる。それゆえ、Vo空孔は+1の正電荷を有することになる。したがって、Vo空孔に入った電子の負電荷とVo空孔の正電荷との間でキャパシタが生じる。このキャパシタも電荷蓄積に寄与すると考えられる。V +2の導電準位ではVo空孔に電子は入らないので、Vo空孔内のキャパシタ成分は実質的に無いと考えられる。 In addition, at the conduction level of V 0 +1 , one electron can be put into a Vo vacancy. Therefore, the Vo vacancies will have a positive charge of +1. Therefore, a capacitor is generated between the negative charges of the electrons entering the Vo vacancies and the positive charges of the Vo vacancies. It is believed that this capacitor also contributes to charge storage. Since no electrons enter the Vo vacancies at the V 0 +2 conduction level, it is considered that there is substantially no capacitor component in the Vo vacancies.

このようにして、本実施形態に係る負極材は、リチウムイオン電池に代表される化学電池の負極材よりもはるかに大きい放電電気量(Ah/kg)を有することが可能である。 In this way, the negative electrode material according to the present embodiment can have a much larger discharge quantity of electricity (Ah/kg) than the negative electrode material of a chemical battery typified by a lithium ion battery.

負極材11は、V +1及びV +2からなる。負極材11に印加するバイアス電圧を調整することにより、V +1とV +2との比率を適宜調整することができる。図15は、横軸が負極側バイアス電圧Vnb(V)と素電荷eとの積である電子エネルギーeVnb(eV)(左側が大、右側が小)を示し、縦軸が半導体電池の充電時(下側)及び放電時(上側)における電流J(A)を示す。なお、図15は、半導体電池が2次電池である場合を示している。 The negative electrode material 11 consists of V 0 +1 and V 0 +2 . By adjusting the bias voltage applied to the negative electrode material 11, the ratio between V 0 +1 and V 0 +2 can be appropriately adjusted. In FIG. 15, the horizontal axis indicates the electron energy eV nb (eV) that is the product of the negative bias voltage V nb (V) and the elementary charge e (large on the left side and small on the right side), and the vertical axis indicates the energy of the semiconductor battery. The current J (A) during charging (bottom) and discharging (top) is shown. Note that FIG. 15 shows a case where the semiconductor battery is a secondary battery.

+1の導電準位をEnj(eV)とする。初めにeVnb=Enjに設定し、次に、eVnbをEnjから増加させると、矢印c1に示すとおり、式(5)の還元反応の速度が急激に増加して電流Jが増加し、Enjの導電準位内及びその近傍準位内に電子が蓄積される。
+2+e→V +1 ・・・(5)
蓄積される電子がほぼ満杯になると電流Jはピークに達する。さらに、eVnbを増加させると、矢印c2に示すとおり、急激に電流Jは減少してゼロになる。
Let E nj (eV) be the conduction level of V O +1 . When eV nb =E nj is first set and then eV nb is increased from E nj , the speed of the reduction reaction in equation (5) increases sharply and the current J increases, as indicated by arrow c1. , E nj and electrons are accumulated in the neighboring levels.
VO +2 +e→VO + 1 (5)
The current J reaches a peak when the stored electrons are almost full. Furthermore, when eVnb is increased, the current J abruptly decreases to zero as indicated by arrow c2.

次に、矢印c3に示すとおり、eVnbを減少させると、Enjまでは電流Jはゼロのままを保つ。すなわち、eVnbと電流Jとの関係はヒステリシスになる。 Then, as shown by arrow c3, eVnb is decreased and the current J remains zero up to Enj . That is, the relationship between eV nb and current J becomes hysteresis.

さらに、eVnbをEnjから減少させると、矢印d1に示すとおり、式(6)の酸化反応の速度が急激に増加して電流Jが増加し、Enjの導電準位内及びその近傍準位内において蓄積されていた電子が放出される。
+2+e← V +1 ・・・(6)
やがて電流Jはピークに達し、さらにeVnbを減少させると、矢印d2に示すとおり、急激に電流Jは減少する。蓄積される電子が完全に放出されると、電流Jは実質的にゼロになる。再び、eVnbを増加させると、矢印d3に示すとおり、Enjまでは電流Jは実質的にゼロを保つ。すなわち、eVnbと電流Jとの関係はヒステリシスになる。
Furthermore, when eVnb is decreased from Enj , the rate of the oxidation reaction in Eq . Electrons stored in the site are released.
VO +2 +e←VO + 1 (6)
The current J eventually reaches a peak, and when eVnb is further decreased, the current J sharply decreases as indicated by an arrow d2. When the accumulated electrons are completely discharged, the current J becomes substantially zero. Again, increasing eVnb causes the current J to remain substantially zero up to Enj , as indicated by arrow d3. That is, the relationship between eV nb and current J becomes hysteresis.

本実施形態に係る負極材では、上述のように、イオンの移動を伴わず電子が移動する充電時の還元反応及び放電時の酸化反応が生じる。この点も従来のリチウムイオン電池に代表される化学電池の負極材と全く異なるといえる。 In the negative electrode material according to the present embodiment, as described above, a reduction reaction occurs during charging and an oxidation reaction occurs during discharging, in which electrons move without ion movement. This point is also completely different from negative electrode materials for chemical batteries represented by conventional lithium ion batteries.

正極材12は、酸素過剰型酸化アルミニウムであるp型半導体である。酸素過剰型酸化アルミニウムは、アモルファス、又は、多結晶を含有するアモルファス、からなる。酸素過剰型酸化アルミニウムであるp型半導体に関しては、特許文献3に詳しく述べられている。 The positive electrode material 12 is a p-type semiconductor that is oxygen-excess aluminum oxide. The oxygen-excess aluminum oxide is amorphous or amorphous containing polycrystals. The p-type semiconductor, which is oxygen-excess aluminum oxide, is described in detail in Patent Document 3.

酸素過剰型酸化アルミニウムを分子式で示せば、
Al(E ・・・(7)
である。
If the oxygen-excess type aluminum oxide is represented by the molecular formula,
Al2O3 (EOX ) n ( 7)
is.

ここで、E は、過剰酸素を示す。酸化アルミニウム分子は共有結合よりもイオン結合が強い物質であり、Al3+とO2-が強く結合していると考えられる。 Here, E O X denotes excess oxygen. Aluminum oxide molecules are substances having stronger ionic bonds than covalent bonds, and it is believed that Al 3+ and O 2− are strongly bonded.

1つのO2-が増加すると電気的中性を保つため、2個のホール(正孔)がO2-の過剰部(以下、「E過剰部」という。)に入り込む。この状態はX=0の状態で、式(7)ではE となる。E過剰部に1個のホールが入り込んだX=-1の状態では式(7)はE -1となる。また、E過剰部にホールがないX=-2の状態では式(7)はE -2となる。 When one O 2− increases, two holes enter the O 2− excess portion (hereinafter referred to as “E 2 O excess portion”) in order to maintain electrical neutrality. This state is the state of X=0, and E O 0 in equation (7). Equation (7) becomes E 2 O −1 in the state of X=−1 in which one hole enters the E 2 O excess portion. In addition, in the state of X=-2 where there are no holes in the E 2 O excess portion, Equation (7) becomes E 2 O -2 .

式(7)に示す物質が結晶の場合、バンドギャップの中にE 、E -1、E -2の導電準位をほとんど有しないため、いずれもほぼ絶縁体となり、ホールを多量に蓄積することはできない。 When the substance represented by the formula (7) is a crystal, it has almost no conductive levels of E 0 0 , E 0 −1 , and E 0 −2 in the bandgap. cannot be stored in

これに対し、式(7)に示す物質が、アモルファス、又は、多結晶を含有するアモルファス、である場合、バンドギャップの中にE -1の導電準位を示す。この導電準位とフェルミ準位とは重なるため、式(7)に示す物質は金属状態となり、極めて大きなホールが蓄積される。本発明者らがスパーク法で作製した正極材12では、最大ホールキャリア濃度は、1022cm-3以上であることが判明している。E 、E -2ではバンドギャップ内にほとんど導電準位を有しないため、ほぼ絶縁体であり、ホールを多量に蓄積することはできない。 On the other hand, if the material represented by formula (7) is amorphous or amorphous containing polycrystals, it exhibits an E 2 O −1 conduction level in the bandgap. Since the conductive level and the Fermi level overlap, the substance represented by the formula (7) is in a metallic state, and extremely large holes are accumulated. It has been found that the positive electrode material 12 produced by the present inventors by the spark method has a maximum hole carrier concentration of 10 22 cm −3 or more. Since E 0 0 and E 0 -2 have almost no conductive level in the bandgap, they are almost insulators and cannot accumulate a large amount of holes.

また、E -1の導電準位では、E過剰部に1個のホールを入れることができる。それゆえ、E過剰部は-1の負電荷を有することになる。したがって、E過剰部に入ったホールの正電荷とE過剰部の負電荷との間でキャパシタが生じる。このキャパシタも電荷蓄積に寄与すると考えられる。E -2の導電準位ではE過剰部にホールは入らないので、E過剰部でのキャパシタ成分は実質的に無いと考えられる。 Also, at the E 2 O −1 conduction level, one hole can be inserted into the E 2 O excess. Therefore, the E 2 O excess will have a negative charge of −1. Therefore, a capacitor is formed between the positive charge of holes entering the E 2 O excess and the negative charge of the E 2 O excess. It is believed that this capacitor also contributes to charge storage. Since holes do not enter the E 2 O excess portion at the E 2 O -2 conduction level, it is considered that there is substantially no capacitor component in the E 2 O excess portion.

このようにして、本実施形態に係る正極材は、リチウムイオン電池に代表される化学電池の正極材よりもはるかに大きい放電電気量(Ah/kg)を有することが可能である。 In this way, the positive electrode material according to the present embodiment can have a discharge quantity of electricity (Ah/kg) much larger than that of the positive electrode material of chemical batteries represented by lithium ion batteries.

正極材12は、E -1及びE -2からなる。正極材12に印加するバイアス電圧を調整することにより、E -1とE -2との比率を適宜調整することができる。図16は、横軸が正極側バイアス電圧Vpb(V)と素電荷eとの積である電子エネルギーeVpb(eV)(左側が大、右側が小)を示し、縦軸が半導体電池の充電時(下側)及び放電時(上側)における電流J(A)を示す。なお、図16は、半導体電池が2次電池である場合を示している。 The cathode material 12 consists of E 2 O -1 and E 2 O -2 . By adjusting the bias voltage applied to the positive electrode material 12, the ratio of E 2 O -1 and E 2 O -2 can be appropriately adjusted. In FIG. 16, the horizontal axis indicates the electron energy eV pb (eV) which is the product of the positive electrode side bias voltage V pb (V) and the elementary charge e (large on the left side, small on the right side), and the vertical axis indicates the energy of the semiconductor battery. The current J (A) during charging (bottom) and discharging (top) is shown. Note that FIG. 16 shows a case where the semiconductor battery is a secondary battery.

-1の導電準位をEpj(eV)とする。初めにeVpb=Epjに設定し、次に、eVpbをEpjから減少させると、矢印c1に示すとおり、式(8)の酸化反応の速度が急激に増加して電流Jが増加し、Epjの導電準位内及びその近傍準位内にホールが蓄積される。
-2+h→E -1 ・・・(8)
蓄積されるホールがほぼ満杯になると電流Jはピークに達する。さらに、eVpbを減少させると、矢印c2に示すとおり、急激に電流Jは減少してゼロになる。
Let E pj (eV) be the conductivity level of E O −1 . When eV pb =E pj is first set and then eV pb is decreased from E pj , the rate of the oxidation reaction in equation (8) increases sharply and the current J increases, as indicated by arrow c1. , Epj , and in its neighboring levels.
E O −2 +h→E O −1 (8)
The current J reaches a peak when the stored holes are almost full. When eVpb is further decreased, the current J abruptly decreases to zero as indicated by arrow c2.

次に、矢印c3に示すとおり、eVpbを増加させると、EpJまでは電流Jはゼロのままを保つ。すなわち、eVpbと電流Jとの関係はヒステリシスになる。 Then, as eVpb is increased, current J remains zero up to EpJ , as indicated by arrow c3. That is, the relationship between eVpb and current J becomes hysteresis.

さらに、eVpbをEpjから増加させると、矢印d1に示すとおり、式(9)の還元反応の速度が急激に増加して電流Jが増加し、Epjの導電準位内及びその近傍準位内において蓄積されていたホールが放出される。
-2+h←E -1 ・・・(9)
やがて電流Jはピークに達し、さらにeVpbを増加させると、矢印d2に示すとおり、急激に電流Jは減少する。蓄積されたホールが完全に放出されると、電流Jは実質的にゼロになる。eVpbを減少させると、矢印d3に示すとおり、Epjまでは電流Jはゼロのままを保つ。eVpbと電流Jとの関係はヒステリシスになる。
Furthermore, when eVpb is increased from Epj , the speed of the reduction reaction in Eq . Holes that have accumulated within the site are released.
EO −2 +h← EO −1 (9)
Current J eventually reaches a peak, and when eVpb is further increased, current J rapidly decreases as indicated by arrow d2. When the accumulated holes are completely discharged, the current J becomes substantially zero. Decreasing eV pb causes the current J to remain zero up to Epj , as indicated by arrow d3. The relationship between eVpb and current J becomes hysteresis.

本実施形態に係る正極材では、上述のように、イオンの移動を伴わずホールが移動する充電時の酸化反応及び放電時の還元反応が生じる。この点も従来のリチウムイオン電池に代表される化学電池の正極材と全く異なるといえる。 In the positive electrode material according to the present embodiment, as described above, an oxidation reaction occurs during charging and a reduction reaction occurs during discharging, in which holes move without ion movement. It can be said that this point is also completely different from positive electrode materials for chemical batteries represented by conventional lithium ion batteries.

なお、式(4)における負極材11のnと式(7)における正極材12のnが大きいほど、導電準位に蓄積される電子及びホールの数は多くなる。例えば、n=1.5の場合、電子及びホールの最大数はキャリア濃度に換算して約3×1022cm-3になる。nを多くするほど電池の電気量(As)は大きくなる。 Note that the larger the n of the negative electrode material 11 in the formula (4) and the larger the n of the positive electrode material 12 in the formula (7), the greater the number of electrons and holes accumulated in the conductive level. For example, when n=1.5, the maximum number of electrons and holes is approximately 3×10 22 cm −3 in terms of carrier concentration. As n increases, the electric charge (As) of the battery increases.

また、負極材及び正極材は、それぞれ、負極集電体及び正極集電体と接触する。負極集電体及び正極集電体の各材質によっては、それぞれが、負極集電体及び正極集電体とショットキー障壁を有する場合がある。このショットキー障壁は、バイアス電圧を素電荷eで乗じた電子エネルギー(eVnb又はeVpb)と、導電準位(Enj又はEpj)との間に生じる。 Also, the negative electrode material and the positive electrode material are in contact with the negative electrode current collector and the positive electrode current collector, respectively. Depending on the materials of the negative electrode current collector and the positive electrode current collector, each of them may have a Schottky barrier with the negative electrode current collector and the positive electrode current collector. This Schottky barrier occurs between the electron energy (eV nb or eV pb ), which is the bias voltage multiplied by the elementary charge e, and the conduction level (E nj or E pj ).

具体的には、図15のEnj付近で急勾配の直線の傾きが小さくなったり、あるいは図16のEpj付近で急勾配の直線の傾きが小さくなったりする現象として現れる。 Specifically, it appears as a phenomenon that the slope of the steep straight line becomes smaller near Enj in FIG. 15 or the slope of the steep straight line becomes smaller near Epj in FIG.

半導体電池のI-V特性の一例を後述の図23に示す。横軸が半導体電池の電圧、縦軸の正側が充電電流、負側が放電電流である。負極材と負極集電体との間、及び、正極材と正極集電体との間、にそれぞれショットキー障壁がある。このため、開路時の「スタート」電圧VSから電圧を上昇させてもしばらくの間は充電電流の急激な立ち上がりはなく、傾きの小さい電流の緩やかな上昇が観察される。 An example of IV characteristics of a semiconductor battery is shown in FIG. 23, which will be described later. The horizontal axis is the voltage of the semiconductor battery, the positive side of the vertical axis is the charging current, and the negative side is the discharging current. There is a Schottky barrier between the anode material and the anode current collector and between the cathode material and the cathode current collector, respectively. Therefore, even if the voltage is increased from the "start" voltage VS at the time of opening, the charging current will not rise sharply for a while, and a gradual rise in the current with a small slope will be observed.

ここで、本発明の実施形態に係る半導体電池における電池電圧について説明する。 Here, the battery voltage in the semiconductor battery according to the embodiment of the present invention will be explained.

上述のように、負極材において、Enj(eV)は負極材のフェルミ準位EFn(eV)と一致する。また、正極材において、Epj(eV)は正極材のフェルミ準位EFp(eV)と一致する。また、負極材の仕事関数をWFn(eV)、正極材の仕事関数をWFp(eV)とする。 As described above, in the anode material, E nj (eV) coincides with the Fermi level E Fn (eV) of the anode material. Also, in the positive electrode material, E pj (eV) coincides with the Fermi level E Fp (eV) of the positive electrode material. The work function of the negative electrode material is W Fn (eV), and the work function of the positive electrode material is W Fp (eV).

開路時の電圧V(V)は次のように表すことができる。ただし、Enjの導電準位には電子が、Epjの導電準位にはホールがそれぞれ存在しているとする。
=(WFp-WFn)/e ・・・(10)
充電時の電圧V(V)は次のように表すことができる。ただし、Ech(eV)は、充電時における、セパレータ又は導電部での電子エネルギーロスを示す。
=[{WFP-(eVpb-Epj)}-{WFn-(eVnb-Enj)}+Ech]/e
・・・(11)
放電時の電圧V(V)は次のように表すことができる。ただし、Edis(eV)は、放電時における、セパレータ又は導電部での電子エネルギーロスを示す。
=[{WFP-(eVpb-Epj)}-{WFn-(eVnb-Enj)}-Edis]/e
・・・(12)
(セパレータ)
上述したとおり、セパレータは絶縁性の化学量論酸化アルミニウムからなり、セパレータの厚さを薄くすることによりトンネル効果が起こり、その結果、電子及びホールのうちの少なくとも一方によるトンネル電流をセパレータに流すことができる。ただし、電極材を順次積層する方法の場合は、酸化ケイ素など他の物質より成る絶縁体を使用することができる。
The open-circuit voltage V O (V) can be expressed as follows. However, it is assumed that electrons exist in the conduction level of Enj and holes exist in the conduction level of Epj .
V O =(W Fp −W Fn )/e (10)
The voltage V C (V) during charging can be expressed as follows. However, E ch (eV) indicates the electron energy loss at the separator or conductive portion during charging.
V C =[{W FP −(eV pb −E pj )}−{W Fn −(eV nb −E nj )}+E ch ]/e
(11)
The voltage V d (V) during discharge can be expressed as follows. However, E dis (eV) indicates the electron energy loss in the separator or conductive portion during discharge.
V d =[{W FP −(eV pb −E pj )}−{W Fn −(eV nb −E nj )}−E dis ]/e
(12)
(separator)
As described above, the separator is made of insulating stoichiometric aluminum oxide, and a tunneling effect occurs by reducing the thickness of the separator. can be done. However, in the case of the method of successively laminating electrode materials, insulators made of other materials such as silicon oxide can be used.

なお、図17~図20は、半導体電池における動作原理をバンド図を用いて説明するための模式図である。図17は充電前又は放電後を示す図、図18は充電中を示す図、図19は休止中を示す図、図20は放電中を示す図である。各図におけるEは伝導帯下端、Eはフェルミ準位、Eは価電子帯上端をそれぞれ示す。 17 to 20 are schematic diagrams for explaining the principle of operation of a semiconductor battery using band diagrams. 17 is a diagram showing before charging or after discharging, FIG. 18 is a diagram showing during charging, FIG. 19 is a diagram showing during rest, and FIG. 20 is a diagram showing during discharging. In each figure, E C denotes the bottom of the conduction band, E F the Fermi level, and E V the top of the valence band.

図17は、充電前又は放電後の状態、図19は、充電後の休止中の状態をそれぞれ示し、いずれも開路状態にある。負極材11のE(Enjと同じ)はセパレータ13を挟んで正極材12のE(Epjと同じ)と一致して電子エネルギーレベルに差が生じないためセパレータ13を通じての電子又はホールの移動がなく電流は流れない。開路時の電圧Vは式(10)で表される。 17 shows the state before charging or after discharging, and FIG. 19 shows the state during rest after charging, both of which are in the open circuit state. The E F (same as E nj ) of the negative electrode material 11 coincides with the E F (same as E pj ) of the positive electrode material 12 with the separator 13 interposed therebetween. There is no movement and no current flows. The voltage VO when the circuit is open is expressed by Equation (10).

図18は、充電中の状態を示す。充電電源101によりEnjがEpjよりも高いレベルに引き上げられるため、負極材11のEnj側に電子が蓄積され、正極材12のEpj側にホールが蓄積される。セパレータ13には負極材11から正極材12に向けた電子の流れ、あるいは正極材12から負極材11に向けたホールの流れ、あるいは両方の流れが生じる。充電時の電圧Vは式(11)で表されるが、(eVpb-Epj)及び(eVnb-Enj)が小さい値であり、また、導電部における電子エネルギーロスが小さければ、Echはセパレータ13における電子エネルギーロスになるため、実際のVは以下で示される。
≒(WFP-WFn+Ech)/e ・・・(13)
図20は、放電中の状態を示す。放電抵抗103を接続することにより、EnjがEpjよりも低いレベルになるため、負極材11のEnj側に蓄積された電子が放出され、正極材12のEpj側に蓄積されたホールが放出される。セパレータ13には正極材12から負極材11に向けた電子の流れ、あるいは負極材11から正極材12に向けたホールの流れ、あるいは両方の流れが生じる。放電時の電圧Vは式(12)で表されるが、(eVpb-Epj)及び(eVnb-Enj)は小さい値であり、また導電部における電子エネルギーロスが小さければ、Edisはセパレータ13における電子エネルギーロスになるため、実際のVは以下で示される。
≒(WFP-WFn-Edis)/e ・・・(14)
FIG. 18 shows the state during charging. Since E nj is raised to a level higher than E pj by the charging power source 101 , electrons are accumulated on the E nj side of the negative electrode material 11 and holes are accumulated on the E pj side of the positive electrode material 12 . A flow of electrons from the negative electrode material 11 to the positive electrode material 12, a flow of holes from the positive electrode material 12 to the negative electrode material 11, or a flow of both occurs in the separator 13. FIG. The voltage V C during charging is represented by equation (11), and if (eV pb -E pj ) and (eV nb -E nj ) are small values and the electron energy loss in the conductive portion is small, Since Ech is the electron energy loss in the separator 13, the actual Vc is shown below.
V C ≈(W FP −W Fn +E ch )/e (13)
FIG. 20 shows the state during discharge. By connecting the discharge resistor 103, Enj becomes a level lower than Epj , so that the electrons accumulated on the Enj side of the negative electrode material 11 are emitted, and the holes accumulated on the Epj side of the positive electrode material 12 are discharged. is emitted. Electron flow from the positive electrode material 12 to the negative electrode material 11 , hole flow from the negative electrode material 11 to the positive electrode material 12 , or both flows are generated in the separator 13 . The voltage V d during discharge is expressed by equation (12), where (eV pb −E pj ) and (eV nb −E nj ) are small values, and if the electron energy loss in the conductive portion is small, E Since dis is the electron energy loss in the separator 13, the actual Vd is shown below.
V d ≈(W FP −W Fn −E dis )/e (14)

以下、実施例によって本実施形態をより詳細に説明するが、本実施形態は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail with reference to examples, but the present embodiment is not limited to the following examples.

(サンプル電池の作製)
評価に用いる半導体電池のサンプルを作製した。サンプル電池を作製するための試料は、図1に示すように、金属アルミニウム基材1の表面にアノード酸化処理により作製した酸化アルミニウム膜2があり、そして、酸化アルミニウム膜2面上にプローブ5に施された白金メッキが積層された構成である。
(Production of sample battery)
A sample of a semiconductor battery used for evaluation was produced. As shown in FIG. 1, a sample for producing a sample battery has an aluminum oxide film 2 formed by anodization on the surface of a metal aluminum substrate 1, and a probe 5 on the surface of the aluminum oxide film 2. It is a structure in which the applied platinum plating is laminated.

試料についてさらに詳しく述べれば下記のとおりである。 A more detailed description of the samples is as follows.

金属アルミニウム基材1の材質は1085(Alは99.85%、他元素として主にFe、Si含有)、サイズは50mm×50mm、厚さは0.1mm程度とした。金属アルミニウム基材1の前処理として電解研磨による材料表面の平滑化を行った。 The material of the metal aluminum substrate 1 was 1085 (containing 99.85% Al and mainly Fe and Si as other elements), the size was 50 mm×50 mm, and the thickness was about 0.1 mm. As a pretreatment of the metal aluminum substrate 1, the surface of the material was smoothed by electropolishing.

図2に示すように、サンプル電池は、日本電子製、走査型プローブ顕微鏡、型番JSPM-5200を用い、AFM(Atomic Force Microscope)コンタクティングモードで作製し、かつ評価を行った。プローブ5が先端についたカンチレバー6にはBudgetsensors社製、型番Tap190E-G、先端径は約25nm、芯材はシリコンで、5nm厚のクロムメッキと当該クロムメッキの表面にさらに25nm厚の白金メッキがされたものを用いた。共振周波数は190kHzであった。サンプル電池においてプローブ5の先端にある白金メッキが酸化アルミニウム膜2に接触する先端径は、約25nmである。 As shown in FIG. 2, a sample battery was produced and evaluated in AFM (Atomic Force Microscope) contacting mode using a scanning probe microscope, model number JSPM-5200 manufactured by JEOL. The cantilever 6 with the probe 5 attached to the tip is manufactured by Budgetsensors, model number Tap190E-G, the tip diameter is about 25 nm, the core material is silicon, and the 5 nm thick chrome plating and the 25 nm thick platinum plating on the surface of the chrome plating are applied. I used what was given. The resonance frequency was 190 kHz. In the sample battery, the tip diameter at which the platinum plating at the tip of the probe 5 contacts the aluminum oxide film 2 is about 25 nm.

酸化アルミニウム膜2にプローブ5の先端にある白金メッキに対し大気中で金属アルミニウム基材1に+20Vの電圧を約10秒間印加してスパークさせ目的のサンプル電池を作製した。この際、スパークによる電流を小さくすることが重要で、ここではプリアンプゲインの設定を0.1V/nAにすることにより回路抵抗を100MΩにして最大電流を100nAに制限した。ここで作製したサンプル電池は図5に示した電極構造である。 A target sample battery was produced by applying a voltage of +20 V to the metal aluminum substrate 1 in air for about 10 seconds to cause sparks to the platinum plating on the aluminum oxide film 2 at the tip of the probe 5 . At this time, it is important to reduce the current caused by the spark. Here, the preamplifier gain was set to 0.1 V/nA to limit the maximum current to 100 nA by setting the circuit resistance to 100 MΩ. The sample battery produced here has the electrode structure shown in FIG.

作製されたサンプル電池の大きさは種々あったが、直径が0.2μm~2μm程度のものが大部分であった。また、最大厚さは20nm~100nmであったが、実際に電池として作用している部分は最大厚さよりも薄い部分で構成されていると考えられる。 The size of the produced sample batteries varied, but most of them had a diameter of about 0.2 μm to 2 μm. Also, although the maximum thickness was 20 nm to 100 nm, it is considered that the portion that actually functions as a battery is composed of a portion thinner than the maximum thickness.

プローブ5の位置を変えずに試料に接触させたままの状態にし、回路も図2の状態のままI-V特性を測定した。電圧操作範囲-0.20V~+0.20V、フィルター100Hz、プリアンプゲイン0.1V/nA(回路抵抗100MΩ)、電圧のクロックを10ms、とした。-0.20V~+0.20Vまでの操作時間は5.7sだった。この設定での最大電流は+100nA、最小電流は-100nAだった。 The position of the probe 5 was kept in contact with the sample, and the IV characteristics were measured with the circuit in the state shown in FIG. The voltage operation range was -0.20 V to +0.20 V, the filter was 100 Hz, the preamplifier gain was 0.1 V/nA (circuit resistance 100 MΩ), and the voltage clock was 10 ms. The operation time from -0.20V to +0.20V was 5.7s. The maximum current at this setting was +100 nA and the minimum current was -100 nA.

図21にI-V特性の測定結果を示す。はじめに-0.20V~+0.20Vの電圧走査(以下、「正方向走査」という。)を行った。正方向走査の結果は、矢印Y21に沿うグラフであった。この後、直ちに+0.20V~-0.20Vの逆方向の電圧走査(以下、「負方向走査」という。)を行った。負方向走査の結果は、矢印X21に沿うグラフであった。 FIG. 21 shows the measurement results of IV characteristics. First, voltage scanning from -0.20 V to +0.20 V (hereinafter referred to as "forward scanning") was performed. The result of forward scanning was the graph along arrow Y21. Immediately after this, reverse voltage scanning (hereinafter referred to as “negative direction scanning”) from +0.20 V to −0.20 V was performed. The result of the negative scan was the graph along arrow X21.

正方向走査の結果は次のとおりであった。-0.20V~+0.015Vまで上記設定における最小電流である-100nAであったが、+0.015Vで急速に電流の絶対値が減少し大きな傾きとなった。+0.020Vから+0.075Vまでは小さな傾きとなった。途中+0.04Vで電流値が0Aとなった。+0.075V~+0.080Vまでは再び大きな傾きとなり、+0.080Vで上記設定における最大電流の+100nAとなり、+0.20Vまで最大電流が継続した。 The forward scan results were as follows. From -0.20 V to +0.015 V, the minimum current was -100 nA in the above setting, but at +0.015 V the absolute value of the current rapidly decreased and showed a large slope. There is a small slope from +0.020V to +0.075V. The current value became 0A at +0.04V on the way. From +0.075V to +0.080V, there is a large slope again, and at +0.080V the maximum current at the above setting is +100 nA, and the maximum current continues up to +0.20V.

負方向走査の結果は次のとおりであった。+0.20Vから+0.070Vまでは上記設定における最大電流である+100nAであったが、+0.070Vで急速に電流の絶対値が減少し大きな傾きとなった。+0.05Vから+0.005Vまでは小さな傾きとなった。途中+0.04Vで電流値が0Aとなった。+0.005Vから再び大きな傾きとなり、電圧の増加がほとんどなく、上記設定における最小電流の-100nAに達した。 The negative scan results were as follows. From +0.20 V to +0.070 V, the maximum current was +100 nA in the above setting, but at +0.070 V, the absolute value of the current rapidly decreased and showed a large slope. A small slope was observed from +0.05V to +0.005V. The current value became 0A at +0.04V on the way. From +0.005 V there is a large slope again, with little increase in voltage, reaching the minimum current of -100 nA at the above settings.

正方向走査及び負方向走査の各結果において特徴的なことは、いずれも電流値が0Aの際にバイアス電圧+0.04Vが発生していることである。このように電流値がゼロである場合において、バイアス電圧が発生する現象は通常の半導体素子では認められず、半導体電池が作製されているといえる。 What is characteristic of each result of the positive direction scanning and the negative direction scanning is that a bias voltage of +0.04V is generated when the current value is 0A. When the current value is zero in this way, the phenomenon that a bias voltage is generated is not observed in a normal semiconductor device, and it can be said that a semiconductor battery is produced.

また、図22に、横軸に電気量(nAs)、縦軸に電圧(V)のグラフを示す。+0.04V~+0.094Vの電圧範囲における電気量変化は所謂2次電池の「充電特性」である。また、+0.04V~0.00Vの電圧範囲における電気量変化は所謂2次電池の「放電特性」である。これより、作製された半導体電池は2次電池であるといえる。ただし、図22で「充電」の際に蓄えられた電荷が、「放電」の際に放出されたわけでは無く、あくまでも特性のみを示したことをお断りしておく。 FIG. 22 shows a graph in which the horizontal axis represents the amount of electricity (nAs) and the vertical axis represents the voltage (V). The change in the amount of electricity in the voltage range of +0.04V to +0.094V is the so-called "charging characteristic" of the secondary battery. Also, the change in the amount of electricity in the voltage range of +0.04V to 0.00V is the so-called "discharge characteristic" of the secondary battery. From this, it can be said that the manufactured semiconductor battery is a secondary battery. However, it should be noted that FIG. 22 shows only the characteristics, not that the charge stored during "charging" is released during "discharging".

また、図22に示した充放電特性を持つ半導体電池は、セル電圧が極めて低く実用電池にはなりづらい。この低いセル電圧は、正極材と負極材との接合により生じるビルトイン電圧に相当すると考えられる。正極材と負極材の間に前述のセパレータを入れることにより大幅にセル電圧を上げることができる。 Moreover, the semiconductor battery having the charge/discharge characteristics shown in FIG. 22 has an extremely low cell voltage and is difficult to be used as a practical battery. This low cell voltage is believed to correspond to the built-in voltage produced by the bonding of the positive and negative electrode materials. By inserting the aforementioned separator between the positive electrode material and the negative electrode material, the cell voltage can be greatly increased.

金属アルミニウム基材1(1085材、12×30mm、厚さ0.2mm)を用意した。この試料を95℃に加熱した純水に浸せきして、厚さ約20nmのベーマイト皮膜を金属アルミニウム基材1上に作製した。図2に示すマニュアルプローバを用意した。プローブ5には、直径0.2mmの白金線(H材)の先端を削り直径0.02mmにしたものを用いた。 A metal aluminum substrate 1 (1085 material, 12×30 mm, thickness 0.2 mm) was prepared. This sample was immersed in pure water heated to 95° C. to form a boehmite film having a thickness of about 20 nm on the metal aluminum substrate 1 . A manual prober shown in FIG. 2 was prepared. As the probe 5, a platinum wire (H material) having a diameter of 0.2 mm was shaved at its tip to have a diameter of 0.02 mm.

電流制限抵抗10を60MΩ、電流直流安定化電源7の出力を定電圧20Vとし、大気中において、プローブ5の先端を試料上の酸化アルミニウム膜2に接触させてから電圧を印加した。プローブ5の先端と金属アルミニウム基材1との間でスパークした。プローブ5の先端を接触させた部分には約10μmの大きさで、厚さ約2μmのサンブル電池を作製した。 The current limiting resistor 10 was set to 60 MΩ, the output of the current/DC stabilized power supply 7 was set to a constant voltage of 20 V, and voltage was applied after the tip of the probe 5 was brought into contact with the aluminum oxide film 2 on the sample in the air. A spark was generated between the tip of the probe 5 and the metal aluminum substrate 1 . A sample battery having a size of about 10 μm and a thickness of about 2 μm was fabricated at the portion where the tip of the probe 5 was brought into contact.

(I-V特性)
通電終了後、プローブ5をそのままの状態を維持して得られたサンプル電池のI-V特性を測定した。ただし、I-V特性の測定においては電流制限抵抗10を0Ωとした。その結果を、図23に示す。開路電圧VSは約1.3Vであった。よって、サンプル電池は図6の構成で、金属アルミニウム基材1上にp型半導体からなる正極材12があり、その上にセパレータ13、n型半導体からなる負極材11、プローブ5に施された白金メッキがこの順に積層された構造であった。ただし、実際には図6に示したきれいな電極構造とはならず、凹凸があり積層が複数に分断された構造と推測される。
(IV characteristics)
After the energization was completed, the IV characteristics of the obtained sample battery were measured while the probe 5 was kept as it was. However, the current limiting resistor 10 was set to 0Ω in measuring the IV characteristics. The results are shown in FIG. The open circuit voltage VS was about 1.3V. Therefore, the sample battery had the structure shown in FIG. It had a structure in which platinum plating was laminated in this order. However, the electrode structure does not actually have a clean electrode structure as shown in FIG.

スタート電圧を開路電圧VSの1.3Vに対してこれに―1.0V~+1.0Vの電圧を印加(実際の電圧範囲は0.3V~2.3V)して0.56V/sの速度で走査した(矢印X23に沿う方向)。作製したサンプル電池に対してプラス側の電流は充電、マイナス側の電流は放電にそれぞれ相当する。スタートより電圧を上昇させると約1.8Vで電流は急激に上昇して約2.1Vでピーク電流(約0.07A)に達した。その後、電流は急激に低下して2.3Vでは0.007Aになった。2.3Vで電圧走査を反転して電圧を下げると1.3Vで0Aになり、電流はマイナス側に増加した。1.2V付近でマイナス側の電流増加が徐々に大きくなり、0.6V付近でピーク電流(約-0.07A)となった。さらに電圧を低下するとマイナス側の電流は急激に低下して0.3Vでは-0.002Aになった。0.3Vで電圧走査を反転して電圧を上昇させるとマイナス側の電流が減少して1.3Vで0Aとなった。ここで走査を終了した。 A start voltage of -1.0 V to +1.0 V is applied to the open circuit voltage VS of 1.3 V (the actual voltage range is 0.3 V to 2.3 V), and the speed is 0.56 V / s. (direction along arrow X23). A current on the positive side of the sample battery produced corresponds to charging, and a current on the negative side corresponds to discharging. When the voltage was increased from the start, the current abruptly increased at about 1.8V and reached the peak current (about 0.07A) at about 2.1V. After that, the current dropped sharply to 0.007A at 2.3V. When the voltage scan was reversed at 2.3 V and the voltage was lowered, it became 0 A at 1.3 V, and the current increased to the negative side. At around 1.2V, the current increase on the minus side gradually increased, and reached a peak current (about -0.07A) at around 0.6V. When the voltage was further lowered, the current on the negative side abruptly decreased to -0.002A at 0.3V. When the voltage scan was reversed at 0.3V and the voltage was increased, the current on the minus side decreased to 0A at 1.3V. The scan ended here.

(電池特性)
次に、電圧と通電した電気量との関係を図24に示した。充電時は1.3Vよりスタートしてわずかな電気量で電圧は約1.8Vとなった。電気量を増加すると、44.0mAsまでは徐々に電圧が上昇した。45.0mAs付近で電圧の上昇が大きくなり、ここで電荷がいっぱいの満充電になったと判断して充電を終了した。充電電気量は45.4mAsであった。
(Battery characteristics)
Next, FIG. 24 shows the relationship between the voltage and the amount of electricity supplied. When charging, the voltage started from 1.3V and became about 1.8V with a small amount of electricity. As the amount of electricity was increased, the voltage gradually increased up to 44.0 mAs. At around 45.0 mAs, the voltage increased significantly. At this point, it was determined that the battery was fully charged, and charging was terminated. The charge amount of electricity was 45.4 mAs.

放電時は回路電圧1.3Vよりスタートしてわずかな電気量で電圧は約1.0Vとなった。電気量を増加すると、44.0mAsまでは電圧が低下し、45.0mAs付近で電圧の低下が大きくなり、ここでサンプル電池に蓄えられた電荷がほとんど放出したと判断して放電を終了した。放電電気量は45.0mAsであった。 During discharge, the circuit voltage started at 1.3 V, and the voltage reached about 1.0 V with a small amount of electricity. As the amount of electricity was increased, the voltage decreased up to 44.0 mAs, and the voltage decrease increased at around 45.0 mAs. The amount of discharged electricity was 45.0 mAs.

充電特性と放電特性が得られたこと、充電電気量とほぼ同等の放電電気量がえられたことからここで作製されたサンプル電池は2次電池であるということができる。 It can be said that the sample battery produced here is a secondary battery because the charge characteristics and the discharge characteristics were obtained, and the discharged quantity of electricity was almost equal to the charged quantity of electricity.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be modified in various ways within the scope of the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. is also included in the technical scope of the present invention.

1 金属アルミニウム基材
2 酸化アルミニウム膜
11 負極材
12 正極材
13 セパレータ
REFERENCE SIGNS LIST 1 metal aluminum substrate 2 aluminum oxide film 11 negative electrode material 12 positive electrode material 13 separator

Claims (10)

酸素が過剰に含まれる酸素過剰型酸化アルミニウムからなり、酸素過剰によりバンドギャップ内に現れる、ホールを蓄積及び放出可能な導電準位を有するp型半導体である正極材と、
酸素が欠乏する酸素欠乏型酸化アルミニウムからなり、酸素欠乏によりバンドギャップ内に現れる、電子を蓄積及び放出可能な導電準位を有するn型半導体である負極材と
を備えることを特徴とする半導体電池。
a positive electrode material which is a p-type semiconductor made of oxygen-excessive aluminum oxide containing excess oxygen and having a conductive level capable of storing and releasing holes appearing in the bandgap due to excess oxygen;
A semiconductor battery comprising: a negative electrode material that is an n-type semiconductor made of oxygen-deficient aluminum oxide that lacks oxygen and has a conductive level that appears in a bandgap due to oxygen deficiency and is capable of storing and releasing electrons. .
前記正極材と前記負極材との間に配置されたセパレータをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体電池。 2. The semiconductor battery of claim 1, further comprising a separator disposed between said positive electrode material and said negative electrode material. 前記酸素過剰型酸化アルミニウム及び前記酸素欠乏型酸化アルミニウムは、アモルファス酸化アルミニウム、又は、多結晶を含有するアモルファス酸化アルミニウム、であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体電池。 3. The semiconductor cell according to claim 1, wherein said oxygen-excess aluminum oxide and said oxygen-deficient aluminum oxide are amorphous aluminum oxide or amorphous aluminum oxide containing polycrystals. 前記p型半導体のホール濃度は1022cm-3以上であり、前記n型半導体の電子濃度は1022cm-3以上であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の半導体電池。 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the p-type semiconductor has a hole concentration of 10 22 cm −3 or more, and the n-type semiconductor has an electron concentration of 10 22 cm −3 or more. semiconductor battery. アルミニウム、アルミニウム合金、白金及びカーボンのうちの1つからなる正極集電体又は負極集電体をさらに備えることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の半導体電池。 5. The semiconductor battery according to any one of claims 1 to 4, further comprising a positive electrode current collector or a negative electrode current collector made of one of aluminum, an aluminum alloy, platinum and carbon. 半導体電池の正極材であって、
酸素が過剰に含まれる酸素過剰型酸化アルミニウムからなり、酸素過剰によりバンドギャップ内に現れる、ホールを蓄積及び放出可能な導電準位を有するp型半導体であることを特徴とする正極材。
A positive electrode material for a semiconductor battery,
A positive electrode material comprising a p-type semiconductor composed of oxygen-excessive aluminum oxide containing an excess amount of oxygen and having a conductive level capable of accumulating and releasing holes appearing in a bandgap due to excess oxygen.
半導体電池の負極材であって、
酸素が欠乏する酸素欠乏型酸化アルミニウムからなり、酸素欠乏によりバンドギャップ内に現れる、電子を蓄積及び放出可能な導電準位を有するn型半導体であることを特徴とする負極材。
A negative electrode material for a semiconductor battery,
A negative electrode material comprising an oxygen-deficient aluminum oxide that is oxygen-deficient and an n-type semiconductor having a conductive level capable of storing and releasing electrons that appears in a bandgap due to oxygen deficiency.
酸化アルミニウム膜の一方の面に金属アルミニウム基材を、前記酸化アルミニウム膜の他方の面にプローブを接触させ、アノードとしての前記金属アルミニウム基材とカソードとしての前記プローブとの間に、前記酸化アルミニウム膜の絶縁破壊が生じる電圧を印加して前記酸化アルミニウム膜を溶融させ、
前記溶融の間に、前記酸化アルミニウム膜に溶融塩電解を生じさせることにより、前記酸化アルミニウム膜の前記金属アルミニウム基材側にn型半導体である負極材を、前記酸化アルミニウム膜の前記プローブ側にp型半導体である正極材を、それぞれ作製し、且つ、前記負極材と前記正極材とを接合することを特徴とする半導体電池の製造方法。
A metal aluminum substrate is brought into contact with one surface of the aluminum oxide film, and a probe is brought into contact with the other surface of the aluminum oxide film, and between the metal aluminum substrate as an anode and the probe as a cathode, the aluminum oxide applying a voltage that causes dielectric breakdown of the film to melt the aluminum oxide film;
During the melting, molten salt electrolysis is generated in the aluminum oxide film, so that a negative electrode material, which is an n-type semiconductor, is formed on the metal aluminum substrate side of the aluminum oxide film and on the probe side of the aluminum oxide film. 1. A method of manufacturing a semiconductor battery, comprising: preparing positive electrode materials each of which is a p-type semiconductor; and bonding the negative electrode material and the positive electrode material.
酸化アルミニウム膜の一方の面に金属アルミニウム基材を、前記酸化アルミニウム膜の他方の面にプローブを接触させ、アノードとしての前記金属アルミニウム基材とカソードとしての前記プローブとの間に、前記酸化アルミニウム膜の絶縁破壊が生じる電圧を印加して前記酸化アルミニウム膜を溶融させ、
前記溶融の間に、前記酸化アルミニウム膜に溶融塩電解を生じさせることにより、前記酸化アルミニウム膜の前記金属アルミニウム基材側にp型半導体である正極材を、前記酸化アルミニウム膜の前記プローブ側にn型半導体である負極材を、それぞれ作製し、且つ、前記負極材と前記正極材とを接合することを特徴とする半導体電池の製造方法。
A metal aluminum substrate is brought into contact with one surface of the aluminum oxide film, and a probe is brought into contact with the other surface of the aluminum oxide film, and between the metal aluminum substrate as an anode and the probe as a cathode, the aluminum oxide applying a voltage that causes dielectric breakdown of the film to melt the aluminum oxide film;
During the melting, molten salt electrolysis is generated in the aluminum oxide film, so that a positive electrode material, which is a p-type semiconductor, is placed on the metal aluminum substrate side of the aluminum oxide film on the probe side of the aluminum oxide film. 1. A method of manufacturing a semiconductor battery, comprising: preparing negative electrode materials each of which is an n-type semiconductor; and bonding the negative electrode material and the positive electrode material.
前記溶融の間に、前記金属アルミニウム基材と前記プローブとの間に通電する電気量を調整することにより、前記負極材と前記正極材との間に化学量論的酸化アルミニウム膜からなるセパレータを作製することを特徴とする請求項8又は9に記載の半導体電池の製造方法。 A separator composed of a stoichiometric aluminum oxide film is formed between the negative electrode material and the positive electrode material by adjusting the amount of electricity passed between the metal aluminum substrate and the probe during the melting. 10. The method of manufacturing a semiconductor battery according to claim 8 or 9, wherein the semiconductor battery is manufactured.
JP2019140217A 2019-07-30 2019-07-30 Semiconductor battery, negative electrode material, positive electrode material, and method for manufacturing semiconductor battery Active JP7244386B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019140217A JP7244386B2 (en) 2019-07-30 2019-07-30 Semiconductor battery, negative electrode material, positive electrode material, and method for manufacturing semiconductor battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019140217A JP7244386B2 (en) 2019-07-30 2019-07-30 Semiconductor battery, negative electrode material, positive electrode material, and method for manufacturing semiconductor battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021022540A JP2021022540A (en) 2021-02-18
JP7244386B2 true JP7244386B2 (en) 2023-03-22

Family

ID=74574334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019140217A Active JP7244386B2 (en) 2019-07-30 2019-07-30 Semiconductor battery, negative electrode material, positive electrode material, and method for manufacturing semiconductor battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7244386B2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014154223A (en) 2013-02-05 2014-08-25 Ricoh Co Ltd Secondary battery module, and solar battery-secondary battery integrated type power feeding element
JP2018101560A (en) 2016-12-21 2018-06-28 株式会社東芝 Semiconductor solid battery
WO2018225855A1 (en) 2017-06-09 2018-12-13 株式会社Uacj Semiconductor layer, oscillation element, and semiconductor layer manufacturing method

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110024154B (en) * 2016-12-21 2023-06-20 株式会社东芝 Semiconductor solid state battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014154223A (en) 2013-02-05 2014-08-25 Ricoh Co Ltd Secondary battery module, and solar battery-secondary battery integrated type power feeding element
JP2018101560A (en) 2016-12-21 2018-06-28 株式会社東芝 Semiconductor solid battery
WO2018225855A1 (en) 2017-06-09 2018-12-13 株式会社Uacj Semiconductor layer, oscillation element, and semiconductor layer manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021022540A (en) 2021-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Electrochemically deposited nanowires of manganese oxide as an anode material for lithium-ion batteries
JP5714724B2 (en) Nanoporous electrode for supercapacitor and method for producing the same
CN104025329B (en) Rechargeable quanta battery
JP6019533B2 (en) Nanoporous metal core / ceramics layered composite, its manufacturing method, supercapacitor device and lithium ion battery
JP4165536B2 (en) Lithium secondary battery negative electrode member and manufacturing method thereof
CN107994228A (en) A kind of five yuan high entropy oxide nano-film of lithium ion battery and its preparation and application
KR101286935B1 (en) Composite electrode for electricity storage device, method for producing the same and electricity storage device
TW200406944A (en) Fuel cell with embedded current collector
JP2010103051A (en) Composite electrode for power storage device, its manufacturing method, and power storage device
JP5534226B2 (en) Power generation element and non-aqueous electrolyte battery using the same
Sasidharan et al. CeO2 hollow nanospheres as anode material for lithium ion batteries
JP2018037261A (en) Secondary battery
Matsuki et al. Lithium dissolution/deposition behavior of Al-doped Li7La3Zr2O12 ceramics with different grain sizes
RU2170468C1 (en) Electrochemical energy storage of high specific power and its plate
Pravarthana et al. Reversible control of magnetic anisotropy and magnetization in amorphous Co 40 Fe 40 B 20 thin films via all-solid-state Li-ion redox capacitor
KR20200081305A (en) Electrode comprising particle, method for fabricating the same, and lithium secondary battery
Kolchugin et al. The effect of copper on the properties of La 1.7 Ca 0.3 NiO 4+ δ-based cathodes for solid oxide fuel cells
JPS58126679A (en) Formation of electrode for thin-film lithium battery
JP7244386B2 (en) Semiconductor battery, negative electrode material, positive electrode material, and method for manufacturing semiconductor battery
Matsuda et al. Electrophoretic fabrication and cell performance of dense Sr-and Mg-doped LaGaO3-based electrolyte films
US10930522B2 (en) Semiconductor layer, oscillation element, and semiconductor layer manufacturing method
Wu et al. Hydrothermal synthesis MoO3@ CoMoO4 hybrid as an anode material for high performance lithium rechargeable batteries
Bülter et al. Investigation of electron transfer properties of the SEI on metallic lithium electrodes by SECM at open circuit
US11302967B2 (en) Low-voltage microbattery
Starchuk et al. Structure and Electrochemical Properties of Laser-Modified NiWO4

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220525

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230125

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230228

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230309

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7244386

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150