JPH06111859A - イオン交換性複合型光電変換材料及び光化学電池 - Google Patents
イオン交換性複合型光電変換材料及び光化学電池Info
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- JPH06111859A JPH06111859A JP4077529A JP7752992A JPH06111859A JP H06111859 A JPH06111859 A JP H06111859A JP 4077529 A JP4077529 A JP 4077529A JP 7752992 A JP7752992 A JP 7752992A JP H06111859 A JPH06111859 A JP H06111859A
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- H—ELECTRICITY
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は起電力及びＨ2 の発生率が大
きく、しかも安定性、耐久性に優れたイオン交換性複合
型光電変換材料及び光化学電池を提供することにある。 【構成】 本発明はスチレン、ジビニルベンゼン、ポリ
オレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ四フッ化エチレン等
の高分子材料中に−ＳＯ 3 Ｈ等のイオン交換基を導入し
たイオン交換材料からなる母粒子の周囲に、ＴｉＯ2 ，
ＳｒＴｉＯ3 等の光電気変換材料からなる子粒子を付着
してマイクロカプセル粉体を形成し、該マイクロカプセ
ル粉体を集合させて所定の形状に形成したことを特徴と
している。
きく、しかも安定性、耐久性に優れたイオン交換性複合
型光電変換材料及び光化学電池を提供することにある。 【構成】 本発明はスチレン、ジビニルベンゼン、ポリ
オレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ四フッ化エチレン等
の高分子材料中に−ＳＯ 3 Ｈ等のイオン交換基を導入し
たイオン交換材料からなる母粒子の周囲に、ＴｉＯ2 ，
ＳｒＴｉＯ3 等の光電気変換材料からなる子粒子を付着
してマイクロカプセル粉体を形成し、該マイクロカプセ
ル粉体を集合させて所定の形状に形成したことを特徴と
している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は太陽光等の光エネルギー
を電気化学反応によって直接電気エネルギーに変換する
ための光発電装置、いわゆる光化学電池に関するもので
ある。
を電気化学反応によって直接電気エネルギーに変換する
ための光発電装置、いわゆる光化学電池に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】近年、顕著化してきた地球環境問題とか
らんで、クリーンエネルギーである太陽光の光エネルギ
ーを電気化学反応によって直接電気エネルギーに変換す
るため光発電装置、いわゆる光化学電池が注目を浴びて
いる。
らんで、クリーンエネルギーである太陽光の光エネルギ
ーを電気化学反応によって直接電気エネルギーに変換す
るため光発電装置、いわゆる光化学電池が注目を浴びて
いる。
【０００３】この光化学電池は図４に示すように、水等
の電解液を満した一つの電解槽に、ＴｉＯ2 ，ＳｒＴｉ
Ｏ3 等のｎ型酸化物半導体からなるアノード電極と、Ｐ
ｔ，ＧａＰ等の耐蝕性金属からなるカソード電極を備え
ると共に、これらアノード電極とカソード電極に負荷抵
抗を接続したものであり、電解槽に形成された光照射用
窓から電解液内のアノード電極に光を照射すると、その
照射面においては電子、正孔対反応によって電子ｅ- が
発生し（ＴｉＯ2 ＋２ｈｖ→２ｅ- ２ｐ+ ）、その裏面
においては電解液中で解離している水酸基イオンＯＨ-
が電子を放出して酸素が発生し（２ｐ+ ＋Ｈ2 Ｏ→１／
２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ）、さらにカソード電極においては電解
液中の水素イオンＨ+ が電子を受け取って水素が発生す
ることになる（２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 ）。
の電解液を満した一つの電解槽に、ＴｉＯ2 ，ＳｒＴｉ
Ｏ3 等のｎ型酸化物半導体からなるアノード電極と、Ｐ
ｔ，ＧａＰ等の耐蝕性金属からなるカソード電極を備え
ると共に、これらアノード電極とカソード電極に負荷抵
抗を接続したものであり、電解槽に形成された光照射用
窓から電解液内のアノード電極に光を照射すると、その
照射面においては電子、正孔対反応によって電子ｅ- が
発生し（ＴｉＯ2 ＋２ｈｖ→２ｅ- ２ｐ+ ）、その裏面
においては電解液中で解離している水酸基イオンＯＨ-
が電子を放出して酸素が発生し（２ｐ+ ＋Ｈ2 Ｏ→１／
２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ）、さらにカソード電極においては電解
液中の水素イオンＨ+ が電子を受け取って水素が発生す
ることになる（２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 ）。
【０００４】また、図５に示すように、電解槽内をイオ
ン交換膜で２つの槽に区画し、アノード電極側にＫＯ
Ｈ，ＮａＯＨ等のアルカリ溶液からなる電解液を入れ、
カソード電極側にＨ2 ＳＯ4 ，ＨＮＯ3 等の酸性溶液か
らなる電解液を入れて、これら電解液のＰＨあるいは酸
化還元電位の差を利用して起電力を向上させた光化学電
池も提案されている（特公昭５６−４８９４９公報、特
公昭５７−３９３１５公報等）。
ン交換膜で２つの槽に区画し、アノード電極側にＫＯ
Ｈ，ＮａＯＨ等のアルカリ溶液からなる電解液を入れ、
カソード電極側にＨ2 ＳＯ4 ，ＨＮＯ3 等の酸性溶液か
らなる電解液を入れて、これら電解液のＰＨあるいは酸
化還元電位の差を利用して起電力を向上させた光化学電
池も提案されている（特公昭５６−４８９４９公報、特
公昭５７−３９３１５公報等）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このカソー
ド電極はプラチナなどの化学的安定な金属で形成されて
いるのに対し、アノード電極はＳｉ，Ｇｅ，ＣｄＳ，Ｇ
ａＰ等の金属系ｎ型半導体やＴｉＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 等
の酸化物系ｎ型半導体によって形成されている。
ド電極はプラチナなどの化学的安定な金属で形成されて
いるのに対し、アノード電極はＳｉ，Ｇｅ，ＣｄＳ，Ｇ
ａＰ等の金属系ｎ型半導体やＴｉＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 等
の酸化物系ｎ型半導体によって形成されている。
【０００６】このＳｉ，Ｇｅ，ＣｄＳ，ＧａＰ等の金属
系ｎ型半導体にあってはエネルギーギャップ（Ｅｇ）が
小さいため（Ｅｇ：Ｓｉ／１．１１ｅｖ，Ｇｅ／０．６
７ｅｖ，ＣｄＳ／２．５３ｅｖ，ＧａＰ／２．２５ｅ
ｖ）、図６に示すように、広い範囲の太陽光スペクトル
を利用することができ、起電力やＨ2 の発生率が大きい
といった利点を有している。しかしながら、これら金属
系ｎ型半導体は電極として用いた際に化学反応によって
損傷や溶解が激しいため、電極として実用的ではなかっ
た。
系ｎ型半導体にあってはエネルギーギャップ（Ｅｇ）が
小さいため（Ｅｇ：Ｓｉ／１．１１ｅｖ，Ｇｅ／０．６
７ｅｖ，ＣｄＳ／２．５３ｅｖ，ＧａＰ／２．２５ｅ
ｖ）、図６に示すように、広い範囲の太陽光スペクトル
を利用することができ、起電力やＨ2 の発生率が大きい
といった利点を有している。しかしながら、これら金属
系ｎ型半導体は電極として用いた際に化学反応によって
損傷や溶解が激しいため、電極として実用的ではなかっ
た。
【０００７】一方、ＴｉＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 等の酸化物
系ｎ型半導体にあっては、上記金属系ｎ型半導体に比較
して、電極として用いても損傷や溶解が殆どなく、耐久
性、安定性の点では優れているが、図６に示すように、
エネルギーギャップ（Ｅｇ：ＴｉＯ2 ／３．０ｅｖ，Ｓ
ｒＴｉＯ3 ／３．２ｅｖ）が、太陽光スペクトルと一致
せず、エネルギーの大きな紫外線領域（ＵＶ：波長４１
３ｎｍ以下）の波長にしか関与しないため、起電力やＨ
2 の発生率が小さいといった問題点があった。
系ｎ型半導体にあっては、上記金属系ｎ型半導体に比較
して、電極として用いても損傷や溶解が殆どなく、耐久
性、安定性の点では優れているが、図６に示すように、
エネルギーギャップ（Ｅｇ：ＴｉＯ2 ／３．０ｅｖ，Ｓ
ｒＴｉＯ3 ／３．２ｅｖ）が、太陽光スペクトルと一致
せず、エネルギーの大きな紫外線領域（ＵＶ：波長４１
３ｎｍ以下）の波長にしか関与しないため、起電力やＨ
2 の発生率が小さいといった問題点があった。
【０００８】そこで、本発明は上記の問題点を有効に解
決するために案出されたものであり、その目的は、起電
力及びＨ2 の発生率が大きく、しかも安定性、耐久性に
優れた光化学電池を提供することにある。
決するために案出されたものであり、その目的は、起電
力及びＨ2 の発生率が大きく、しかも安定性、耐久性に
優れた光化学電池を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第一の発明は、スチレン、ジビルベンゼン、ポリオレ
フィン、ポリ塩化ビニル、ポリ四フッ化エチレン等の高
分子材料中に−ＳＯ3 Ｏ等のイオン交換基を導入したイ
オン交換材料からなる母粒子の周囲に、ＴｉＯ2 ，Ｓｒ
ＴｉＯ3 等の光電気変換材料からなる子粒子を付着して
マイクロカプセル粉体を形成し、該マイクロカプセル粉
体を集合させて所定の形状に形成したイオン交換性複合
型光電変換材料であり、また第二の発明は、電解液を満
した電解槽内に、アノード電極とカソード電極を備え、
該アノード電極に太陽光を照射して電気と水素を発生す
る光化学電池において、上記電解槽内を上記アノード電
極とカソード電極でよって３つの槽に区画し、それぞれ
に上記電解液を満たすと共に、該アノード電極を上記イ
オン交換性複合型光電変換材料で形成した光化学電池で
ある。
に第一の発明は、スチレン、ジビルベンゼン、ポリオレ
フィン、ポリ塩化ビニル、ポリ四フッ化エチレン等の高
分子材料中に−ＳＯ3 Ｏ等のイオン交換基を導入したイ
オン交換材料からなる母粒子の周囲に、ＴｉＯ2 ，Ｓｒ
ＴｉＯ3 等の光電気変換材料からなる子粒子を付着して
マイクロカプセル粉体を形成し、該マイクロカプセル粉
体を集合させて所定の形状に形成したイオン交換性複合
型光電変換材料であり、また第二の発明は、電解液を満
した電解槽内に、アノード電極とカソード電極を備え、
該アノード電極に太陽光を照射して電気と水素を発生す
る光化学電池において、上記電解槽内を上記アノード電
極とカソード電極でよって３つの槽に区画し、それぞれ
に上記電解液を満たすと共に、該アノード電極を上記イ
オン交換性複合型光電変換材料で形成した光化学電池で
ある。
【００１０】
【作用】本発明は以上のように構成したことにより、第
一の発明であるイオン交換性複合型光電変換材料では、
イオン交換体と光電変換材料が密に接触している上に、
イオン交換体と光電変換材料が各々連続して、お互いが
絶縁されない状態となるため、母粒子がイオン交換膜と
して機能し、子粒子が光電変換の作用を行うことにな
る。従って、イオンや電子の移動が極めてスムーズとな
り、反応がより促進されることになる。また、カプセル
化することにより、その表面積が増大してイオン交換性
能と電子伝導性が向上し、起電力および水素の発生量が
増大することになる。
一の発明であるイオン交換性複合型光電変換材料では、
イオン交換体と光電変換材料が密に接触している上に、
イオン交換体と光電変換材料が各々連続して、お互いが
絶縁されない状態となるため、母粒子がイオン交換膜と
して機能し、子粒子が光電変換の作用を行うことにな
る。従って、イオンや電子の移動が極めてスムーズとな
り、反応がより促進されることになる。また、カプセル
化することにより、その表面積が増大してイオン交換性
能と電子伝導性が向上し、起電力および水素の発生量が
増大することになる。
【００１１】また第二の発明である光化学電池は３つの
槽にＰＨの差が生じることになり、これが起電力をさら
に増大させることになる。また、用いる電解液は水で可
能であり、純度の高い水素を得ることができる。
槽にＰＨの差が生じることになり、これが起電力をさら
に増大させることになる。また、用いる電解液は水で可
能であり、純度の高い水素を得ることができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の好適一実施例を添付図面に基
づいて詳述する。
づいて詳述する。
【００１３】図１は本発明に係る光化学電池の一実施例
を示したものである。図示するように、この光化学電池
はＨ2 Ｏ等の電解液１が満された電解槽２内に、アノー
ド電極３とカソード電極４が備えられると共に、これら
アノード電極３とカソード電極４間には負荷抵抗部５が
接続されており、また、電解槽２内はアノード電極３と
カソード電極４によって３つの槽２ａ，２ｂ，２ｃに区
画されており、それぞれの槽２ａ，２ｂ，２ｃ内の電解
液１が直接混り合わないようになっている。
を示したものである。図示するように、この光化学電池
はＨ2 Ｏ等の電解液１が満された電解槽２内に、アノー
ド電極３とカソード電極４が備えられると共に、これら
アノード電極３とカソード電極４間には負荷抵抗部５が
接続されており、また、電解槽２内はアノード電極３と
カソード電極４によって３つの槽２ａ，２ｂ，２ｃに区
画されており、それぞれの槽２ａ，２ｂ，２ｃ内の電解
液１が直接混り合わないようになっている。
【００１４】また、第一槽２ａ側の電解槽２には無色透
明アクリル板等からなる光照射用窓６が形成されてお
り、太陽光線等の可視光線Ｈを導入して電解槽２内のア
ノード電極３に照射するようになっている。
明アクリル板等からなる光照射用窓６が形成されてお
り、太陽光線等の可視光線Ｈを導入して電解槽２内のア
ノード電極３に照射するようになっている。
【００１５】また、このアノード電極３は本発明に係る
イオン交換性複合型光電変換材料で形成されている。こ
のイオン交換性複合型光電変換材料は図２に示すよう
に、イオン交換材料からなる母粒子７の周囲に、ＴｉＯ
2 ，ＳｒＴｉＯ3 等の光電気変換材料からなる子粒子８
を付着させて形成されたマイクロカプセル粉体９を所定
形状に集合させて図３に示すように、板状に一体的に形
成したものであり、上記光照射用窓６から照射される可
視光線によって起電力を発生すると共に、イオン交換膜
としての機能も有している。すなわち、この母粒子７を
形成するイオン交換材料は、スチレン、ジビルベンゼ
ン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ四フッ化エ
チレン等の高分子材料中に、−ＳＯ3 Ｏ等の強酸性基
や、−ＣＯＯＨ等の弱酸性基等からなるイオン交換基を
導入して形成されたものであり、後述するように、第二
槽２ｂ内で電離した水素イオンＨ+ を第一槽２ａ側に導
入するイオン交換膜として機能させるようになってい
る。一方、カソード電極４は従来と同様に、Ｐｔ，Ｇａ
Ｐ等の耐蝕性金属からなっている。
イオン交換性複合型光電変換材料で形成されている。こ
のイオン交換性複合型光電変換材料は図２に示すよう
に、イオン交換材料からなる母粒子７の周囲に、ＴｉＯ
2 ，ＳｒＴｉＯ3 等の光電気変換材料からなる子粒子８
を付着させて形成されたマイクロカプセル粉体９を所定
形状に集合させて図３に示すように、板状に一体的に形
成したものであり、上記光照射用窓６から照射される可
視光線によって起電力を発生すると共に、イオン交換膜
としての機能も有している。すなわち、この母粒子７を
形成するイオン交換材料は、スチレン、ジビルベンゼ
ン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ四フッ化エ
チレン等の高分子材料中に、−ＳＯ3 Ｏ等の強酸性基
や、−ＣＯＯＨ等の弱酸性基等からなるイオン交換基を
導入して形成されたものであり、後述するように、第二
槽２ｂ内で電離した水素イオンＨ+ を第一槽２ａ側に導
入するイオン交換膜として機能させるようになってい
る。一方、カソード電極４は従来と同様に、Ｐｔ，Ｇａ
Ｐ等の耐蝕性金属からなっている。
【００１６】尚、このアノード電極３の製造方法を簡単
に説明すると、先ず、ハイブリダイゼーション法などを
用いて、マイクロカプセル粉体９を形成し、このマイク
ロカプセル粉体９をＰＡＳ（プラズマ焼結法）等を使っ
てホットプレスにて成形し、加圧ロールにてシート状に
した後、母粒子７となっている樹脂部に上記イオン交換
基を導入してなるものである。
に説明すると、先ず、ハイブリダイゼーション法などを
用いて、マイクロカプセル粉体９を形成し、このマイク
ロカプセル粉体９をＰＡＳ（プラズマ焼結法）等を使っ
てホットプレスにて成形し、加圧ロールにてシート状に
した後、母粒子７となっている樹脂部に上記イオン交換
基を導入してなるものである。
【００１７】次に、本実施例の作用を説明する。
【００１８】図１に示すように、可視光線が光照射用窓
６および第一槽２ａ内を透過してアノード電極３の光照
射面３ａに照射されると、ＴｉＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 等の
ｎ型半導体の光励起によって電子、正孔対が生成し、第
一槽２ａ側の光照射面３ａに電子ｅ- 、第二槽２ｂ側の
裏面３ｂに正孔ｐ- がそれぞれ移動して、光照射面３ａ
側は還元状態、裏面３ｂ側は酸化状態となる。このと
き、第二槽２ｂでは水の解離によってＨ+ とＯＨ- が存
在し、この水素イオンＨ+ がイオン交換膜としての機能
を有するアノード電極３を通過して第一槽２ａ側に移動
する。
６および第一槽２ａ内を透過してアノード電極３の光照
射面３ａに照射されると、ＴｉＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 等の
ｎ型半導体の光励起によって電子、正孔対が生成し、第
一槽２ａ側の光照射面３ａに電子ｅ- 、第二槽２ｂ側の
裏面３ｂに正孔ｐ- がそれぞれ移動して、光照射面３ａ
側は還元状態、裏面３ｂ側は酸化状態となる。このと
き、第二槽２ｂでは水の解離によってＨ+ とＯＨ- が存
在し、この水素イオンＨ+ がイオン交換膜としての機能
を有するアノード電極３を通過して第一槽２ａ側に移動
する。
【００１９】２Ｈ2 Ｏ＝２Ｈ+ ＋２ＯＨ- Ｈ2 Ｏ
＝２Ｈ+ ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ- ２ＯＨ- ＝Ｈ2 Ｏ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ- この結果、第一槽２ａ側の光照射面３ａで生成している
電子ｅ- によってＨ+ が還元され、第一槽２ａから水素
Ｈ2 が発生する。
＝２Ｈ+ ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ- ２ＯＨ- ＝Ｈ2 Ｏ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ- この結果、第一槽２ａ側の光照射面３ａで生成している
電子ｅ- によってＨ+ が還元され、第一槽２ａから水素
Ｈ2 が発生する。
【００２０】２Ｈ+ ＋ｅ- ＝Ｈ2 ↑ そして、これによって第一槽２ａではＨ+ が減少するた
め、平衡反応からさらに第二槽２ｂでは水の解離が進
み、解離したＨ+ がアノード電極３を通過して積極的に
第一槽２ａへ移動する。
め、平衡反応からさらに第二槽２ｂでは水の解離が進
み、解離したＨ+ がアノード電極３を通過して積極的に
第一槽２ａへ移動する。
【００２１】また、Ｈ+ の還元に関与しない電子は負荷
抵抗部５を通ってカソード電極４へ流れ込んで、この電
極４表面でも第二槽２ｂで生成しているＨ+ を還元し、
水素Ｈ2 を発生させる。ここでのＨ+ はカソード電極４
近傍に存在し、イオン交換膜となるアノード電極３を通
過しないものである。また、アノード電極３とカソード
電極４表面で発生する水素の比率及び光電流（電子の移
動量）はイオン交換膜に性能や光電材料の光励起の度合
いによって決定され、イオン交換膜に輸率（Ｈ+ の移動
量）及び光電材料に照射される光の量が大きいほどアノ
ード電極３表面で発生する水素が多くなる。特に本発明
ではバイアス電圧がないために外部エネルギーは照射さ
れる光Ｈのみであり、この光量に影響される。また、本
実施例で用いられるイオン交換膜はカチオン（陽イオ
ン）選択透過性であり、膜全体が−の電荷を帯びてお
り、電解液１中に存在する＋電荷を帯びた陽イオン（本
実施例ではＨ+ ）を選択的に引き付け透過する。逆に−
電荷であるＯＨ- は膜と反発するため透過されない。
抵抗部５を通ってカソード電極４へ流れ込んで、この電
極４表面でも第二槽２ｂで生成しているＨ+ を還元し、
水素Ｈ2 を発生させる。ここでのＨ+ はカソード電極４
近傍に存在し、イオン交換膜となるアノード電極３を通
過しないものである。また、アノード電極３とカソード
電極４表面で発生する水素の比率及び光電流（電子の移
動量）はイオン交換膜に性能や光電材料の光励起の度合
いによって決定され、イオン交換膜に輸率（Ｈ+ の移動
量）及び光電材料に照射される光の量が大きいほどアノ
ード電極３表面で発生する水素が多くなる。特に本発明
ではバイアス電圧がないために外部エネルギーは照射さ
れる光Ｈのみであり、この光量に影響される。また、本
実施例で用いられるイオン交換膜はカチオン（陽イオ
ン）選択透過性であり、膜全体が−の電荷を帯びてお
り、電解液１中に存在する＋電荷を帯びた陽イオン（本
実施例ではＨ+ ）を選択的に引き付け透過する。逆に−
電荷であるＯＨ- は膜と反発するため透過されない。
【００２２】一方、各槽２ａ，２ｂ，２ｃのＰＨ変化は
以下のようになる。
以下のようになる。
【００２３】第一槽２ａ：Ｈ2 が発生するがイオン交換
膜によるＨ+ の移動量が多く、増加により、ＰＨは酸性
域に（ＰＨ６以下）。
膜によるＨ+ の移動量が多く、増加により、ＰＨは酸性
域に（ＰＨ６以下）。
【００２４】第二槽２ｂ：Ｈ+ の移動により、Ｈ+ が減
少し、またＯＨ- もＯ2 として発生するので、ＰＨに変
化なし（ＰＨ６〜７以上）。
少し、またＯＨ- もＯ2 として発生するので、ＰＨに変
化なし（ＰＨ６〜７以上）。
【００２５】第三槽２ｃ：Ｈ2 の発生によりＨ+ が減少
し、ＯＨ- が増加するのでＰＨはアルカリ域に（ＰＨ８
以上）。
し、ＯＨ- が増加するのでＰＨはアルカリ域に（ＰＨ８
以上）。
【００２６】このように、各槽２ａ，２ｂ，２ｃではＰ
Ｈの変化が起こり、第一槽２ａ，第三２ｃでは大きな酸
化還元電位の差（電圧）が生じる。これが電子の移動を
伴っていることから起電力となる。
Ｈの変化が起こり、第一槽２ａ，第三２ｃでは大きな酸
化還元電位の差（電圧）が生じる。これが電子の移動を
伴っていることから起電力となる。
【００２７】このＰＨ差はイオン交換膜によってもたら
されているものであり、本実施例はイオン交換膜を使用
しない場合に比べその電圧が大きく、結果としてより大
きな起電力を得ることができ、また、多くの水素を発生
させることができる。
されているものであり、本実施例はイオン交換膜を使用
しない場合に比べその電圧が大きく、結果としてより大
きな起電力を得ることができ、また、多くの水素を発生
させることができる。
【００２８】また、上述したように本発明は、アノード
電極３を構成するイオン交換性複合型光電変換材料をカ
プセル粉体で形成することにより、イオン交換体と光電
変換材料が密に接触する上に、イオン交換体と光電変換
材料が各々連続して、お互いが絶縁されない状態となる
ため、イオンや電子の移動が極めてスムーズとなり、反
応がより促進されることになる。また、光照射面３ａに
光電変換材料が現れている状態となっているため、光励
起がスムーズに起こり、さらには表面積が増大してイオ
ン交換性能と電子伝導性が向上することになる。
電極３を構成するイオン交換性複合型光電変換材料をカ
プセル粉体で形成することにより、イオン交換体と光電
変換材料が密に接触する上に、イオン交換体と光電変換
材料が各々連続して、お互いが絶縁されない状態となる
ため、イオンや電子の移動が極めてスムーズとなり、反
応がより促進されることになる。また、光照射面３ａに
光電変換材料が現れている状態となっているため、光励
起がスムーズに起こり、さらには表面積が増大してイオ
ン交換性能と電子伝導性が向上することになる。
【００２９】このように、本発明はアノード電極３をイ
オン交換機能を有するイオン交換性複合型光電変換材料
で形成すると共に、このアノード電極３とカソード電極
４で電解槽２を３つの槽２ａ，２ｂ，２ｃに区画して各
々を隔て、ＰＨに差によって生ずる電位差による起電力
を利用しているため、従来のＴｉＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 等
の光電気変換材料のみを用いた光化学電池に比較して、
より大きな起電力を得ることができる、これによって多
くの水素を得ることができる。
オン交換機能を有するイオン交換性複合型光電変換材料
で形成すると共に、このアノード電極３とカソード電極
４で電解槽２を３つの槽２ａ，２ｂ，２ｃに区画して各
々を隔て、ＰＨに差によって生ずる電位差による起電力
を利用しているため、従来のＴｉＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 等
の光電気変換材料のみを用いた光化学電池に比較して、
より大きな起電力を得ることができる、これによって多
くの水素を得ることができる。
【００３０】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、以下の如
き優れた効果を有する。
き優れた効果を有する。
【００３１】アノード電極をマイクロカプセル粉体に
よって成形してイオン交換作用を持たせたことにより、
その光照射面に積極的に水素イオンを移動生成させるこ
とが可能となり、水素の発生量を増出させることがで
き、しかも、水の電気分解が平衡関係から促進され、発
電量が多くなる。
よって成形してイオン交換作用を持たせたことにより、
その光照射面に積極的に水素イオンを移動生成させるこ
とが可能となり、水素の発生量を増出させることがで
き、しかも、水の電気分解が平衡関係から促進され、発
電量が多くなる。
【００３２】電解槽を区画することにより、電解液の
ＰＨに差が生じて電位差が発生し、これが起電力となっ
て、さらに多くの発電量が得られる。
ＰＨに差が生じて電位差が発生し、これが起電力となっ
て、さらに多くの発電量が得られる。
【００３３】通常、電位差を与えるためには電解液と
して酸とアルカリを別々の槽に区画する必要があるが、
本発明に用いる電解液は水でよく、コストが安価である
と共に、純度の高い水素を回収することができる。
して酸とアルカリを別々の槽に区画する必要があるが、
本発明に用いる電解液は水でよく、コストが安価である
と共に、純度の高い水素を回収することができる。
【００３４】また、アノード電極の光電変換材料とし
て化学的に安定なＴｉＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 等の酸化物系
ｎ型半導体を用いているため、光化学電池としても信頼
性が向上する。
て化学的に安定なＴｉＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 等の酸化物系
ｎ型半導体を用いているため、光化学電池としても信頼
性が向上する。
【図１】本発明の一実施例を示す概略図である。
【図２】本発明のイオン交換性複合型光電変換材料を形
成するマイクロカプセル粉体を示す概略図である。
成するマイクロカプセル粉体を示す概略図である。
【図３】シート状のイオン交換性複合型光電変換材料を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図４】従来の光化学電池の一実施例を示す概略図であ
る。
る。
【図５】従来の光化学電池の他の一実施例を示す概略図
である。
である。
【図６】半導体の分光感度特性を示すグラフ図である。
１ 電解液 ２ 電解槽 ２ａ 第一槽 ２ｂ 第二槽 ２ｃ 第三槽 ３ アノード電極 ４ カソード電極 ７ 母粒子（イオン交換材料） ８ 子粒子（光電変換材料） ９ マイクロカプセル粉体
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年６月１１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】 この光化学電池は図４に示すように、水
等の電解液を満した一つの電解槽に、ＴｉＯ2 ，ＳｒＴ
ｉＯ3 等のｎ型酸化物半導体からなるアノード電極と、
Ｐｔ，ＧａＰ等の耐蝕性金属からなるカソード電極を備
えると共に、これらアノード電極とカソード電極に負荷
抵抗を接続したものであり、電解槽に形成された光照射
用窓から電解液内のアノード電極に光を照射すると、そ
の照射面においては電子、正孔対反応によって電子ｅ-
が発生し（ＴｉＯ2 ＋２ｈν→２ｅ- ２ｐ+ ）、その裏
面においては電解液中で解離している水酸基イオンＯＨ
- が電子を放出して酸素が発生し（２ｐ+ ＋Ｈ2 Ｏ→１
／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ）、さらにカソード電極においては電
解液中の水素イオンＨ+ が電子を受け取って水素が発生
することになる（２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 ）。
等の電解液を満した一つの電解槽に、ＴｉＯ2 ，ＳｒＴ
ｉＯ3 等のｎ型酸化物半導体からなるアノード電極と、
Ｐｔ，ＧａＰ等の耐蝕性金属からなるカソード電極を備
えると共に、これらアノード電極とカソード電極に負荷
抵抗を接続したものであり、電解槽に形成された光照射
用窓から電解液内のアノード電極に光を照射すると、そ
の照射面においては電子、正孔対反応によって電子ｅ-
が発生し（ＴｉＯ2 ＋２ｈν→２ｅ- ２ｐ+ ）、その裏
面においては電解液中で解離している水酸基イオンＯＨ
- が電子を放出して酸素が発生し（２ｐ+ ＋Ｈ2 Ｏ→１
／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ）、さらにカソード電極においては電
解液中の水素イオンＨ+ が電子を受け取って水素が発生
することになる（２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 ）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第一の発明は、スチレン、ジビニルベンゼン、ポリオ
レフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ四フッ化エチレン等の
高分子材料中に−ＳＯ 3 Ｈ等のイオン交換基を導入した
イオン交換材料からなる母粒子の周囲に、ＴｉＯ2 ，Ｓ
ｒＴｉＯ3 等の光電気変換材料からなる子粒子を付着し
てマイクロカプセル粉体を形成し、該マイクロカプセル
粉体を集合させて所定の形状に形成したイオン交換性複
合型光電変換材料であり、また第二の発明は、電解液を
満した電解槽内に、アノード電極とカソード電極を備
え、該アノード電極に太陽光を照射して電気と水素を発
生する光化学電池において、上記電解槽内を上記アノー
ド電極とカソード電極でよって３つの槽に区画し、それ
ぞれに上記電解液を満たすと共に、該アノード電極を上
記イオン交換性複合型光電変換材料で形成した光化学電
池である。
に第一の発明は、スチレン、ジビニルベンゼン、ポリオ
レフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ四フッ化エチレン等の
高分子材料中に−ＳＯ 3 Ｈ等のイオン交換基を導入した
イオン交換材料からなる母粒子の周囲に、ＴｉＯ2 ，Ｓ
ｒＴｉＯ3 等の光電気変換材料からなる子粒子を付着し
てマイクロカプセル粉体を形成し、該マイクロカプセル
粉体を集合させて所定の形状に形成したイオン交換性複
合型光電変換材料であり、また第二の発明は、電解液を
満した電解槽内に、アノード電極とカソード電極を備
え、該アノード電極に太陽光を照射して電気と水素を発
生する光化学電池において、上記電解槽内を上記アノー
ド電極とカソード電極でよって３つの槽に区画し、それ
ぞれに上記電解液を満たすと共に、該アノード電極を上
記イオン交換性複合型光電変換材料で形成した光化学電
池である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】 また、このアノード電極３は本発明に係
るイオン交換性複合型光電変換材料で形成されている。
このイオン交換性複合型光電変換材料は図２に示すよう
に、イオン交換材料からなる母粒子７の周囲に、ＴｉＯ
2 ，ＳｒＴｉＯ3 等の光電気変換材料からなる子粒子８
を付着させて形成されたマイクロカプセル粉体９を所定
形状に集合させて図３に示すように、板状に一体的に形
成したものであり、上記光照射用窓６から照射される可
視光線によって起電力を発生すると共に、イオン交換膜
としての機能も有している。すなわち、この母粒子７を
形成するイオン交換材料は、スチレン、ジビニルベンゼ
ン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ四フッ化エ
チレン等の高分子材料中に、−ＳＯ 3 Ｈ等の強酸性基
や、−ＣＯＯＨ等の弱酸性基等からなるイオン交換基を
導入して形成されたものであり、後述するように、第二
槽２ｂ内で電離した水素イオンＨ+ を第一槽２ａ側に導
入するイオン交換膜として機能させるようになってい
る。一方、カソード電極４は従来と同様に、Ｐｔ，Ｇａ
Ｐ等の耐蝕性金属からなっている。
るイオン交換性複合型光電変換材料で形成されている。
このイオン交換性複合型光電変換材料は図２に示すよう
に、イオン交換材料からなる母粒子７の周囲に、ＴｉＯ
2 ，ＳｒＴｉＯ3 等の光電気変換材料からなる子粒子８
を付着させて形成されたマイクロカプセル粉体９を所定
形状に集合させて図３に示すように、板状に一体的に形
成したものであり、上記光照射用窓６から照射される可
視光線によって起電力を発生すると共に、イオン交換膜
としての機能も有している。すなわち、この母粒子７を
形成するイオン交換材料は、スチレン、ジビニルベンゼ
ン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ四フッ化エ
チレン等の高分子材料中に、−ＳＯ 3 Ｈ等の強酸性基
や、−ＣＯＯＨ等の弱酸性基等からなるイオン交換基を
導入して形成されたものであり、後述するように、第二
槽２ｂ内で電離した水素イオンＨ+ を第一槽２ａ側に導
入するイオン交換膜として機能させるようになってい
る。一方、カソード電極４は従来と同様に、Ｐｔ，Ｇａ
Ｐ等の耐蝕性金属からなっている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 裕一郎 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞ中央研究所内 (72)発明者 滝田 茂生 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞ中央研究所内 (72)発明者 松見 裕 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞ中央研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 スチレン、ジビルベンゼン、ポリオレフ
ィン、ポリ塩化ビニル、ポリ四フッ化エチレン等の高分
子材料中に−ＳＯ3 Ｏ等のイオン交換基を導入したイオ
ン交換材料からなる母粒子の周囲に、ＴｉＯ2 ，ＳｒＴ
ｉＯ3 等の光電気変換材料からなる子粒子を付着してマ
イクロカプセル粉体を形成し、該マイクロカプセル粉体
を集合させて所定の形状に形成したことを特徴とするイ
オン交換性複合型光電変換材料。 - 【請求項２】 電解液を満した電解槽内に、アノード電
極とカソード電極を備え、該アノード電極に光を照射し
て電気と水素を発生する光化学電池において、上記電解
槽内を上記アノード電極とカソード電極でよって３つの
槽に区画し、それぞれに上記電解液を満たすと共に、該
アノード電極を上記請求項１記載のイオン交換性複合型
光電変換材料で形成したことを特徴とする光化学電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4077529A JPH06111859A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | イオン交換性複合型光電変換材料及び光化学電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4077529A JPH06111859A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | イオン交換性複合型光電変換材料及び光化学電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06111859A true JPH06111859A (ja) | 1994-04-22 |
Family
ID=13636513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4077529A Pending JPH06111859A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | イオン交換性複合型光電変換材料及び光化学電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06111859A (ja) |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP4077529A patent/JPH06111859A/ja active Pending
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